一、研究背景

农业食品行业对养活日益增长的全球人口至关重要，但在保持食品质量和安全方面却面临着挑战。要解决污染、掺假、变质和病原体侵袭等问题，就需要技术进步。这些问题不仅会影响食品的营养价值，还会损害食品安全和其他质量方面。传统的科学方法，包括高效液相色谱法 (HPLC)、气相色谱法 (GC)、气相色谱-质谱法 (GC-MS)、原子吸收光谱法以及平板计数等基于培养的方法，已被用于加强食品中的化学分析和病原体检测。然而，这些技术通常需要大量的准备工作、熟练的操作人员和昂贵的设备，因此不太适合现场食品安全检测。由细菌、病毒、寄生虫和化学污染物引起的食源性疾病仍然是全球关注的重大健康问题。据世界卫生组织统计，全世界每年约有十分之一的人因食品污染而患病。为了解决这些问题，弥补食品安全措施方面的差距，人们对开发先进、灵敏、便携、经济高效的传感技术进行快速现场分析的兴趣与日俱增。

为满足这些需求，集成生物传感器已成为一种前景广阔的解决方案。这些生物传感器将生物传感工具与物理化学传感器相结合，在细胞水平上检测分子，从而与传统传感器区分开来。生物传感器利用生物反应或成分来识别分析物，为准确和选择性检测提供了独特的机会。然而，尽管生物传感器潜力巨大，但在食品分析中广泛应用生物传感器却面临着复杂的样品制备、分析物提取、合适生物探针的确定、信号转换、安全风险和信号分析等方面的挑战。为了解决这些局限性并促进现场食品安全检测，人们对探索新型、智能和高灵敏度传感系统的兴趣与日俱增。近年来，电纺丝已成为开发先进传感系统的一种前景广阔的技术方法。电纺丝可以利用液态聚合物溶液或熔融聚合物的静电力制造超细纳米纤维和非织造膜。这种技术操作简单、成本低廉、用途广泛，适用于各行各业的大规模生产。电纺丝技术与生物传感技术的结合为食品分析和安全措施的变革带来了令人兴奋的前景。

例如，在电纺纳米纤维膜中加入金/银纳米团簇可实现对 Cu2+ 和 Hg2+ 离子的快速视觉检测，并可使用智能手机进行实时监测。此外，还开发了电纺聚丙烯腈（PAN）/琼脂/银纳米颗粒复合膜，利用薄膜微萃取技术进行痕量预浓缩和萃取，有效捕捉食品样品中的重金属离子。总之，农业食品行业在维护食品质量和安全方面面临重大挑战，因此需要先进的传感技术。虽然传统方法有其局限性，但将生物传感器与电纺丝技术相结合提供了前景广阔的解决方案，创新了现场食品分析和安全措施，这一点在最近的研究中得到了强调。在这篇综述文章中，我们旨在全面概述电纺丝的历史和基本原理，重点介绍其在食品分析和传感方面的潜在应用。通过探讨最新进展和创新的电纺丝制造方法，我们强调了这些智能传感系统对确保整个农业食品行业的食品安全和质量控制的重要性。

二、摘要

文章探讨了电纺丝的科学和实践，追溯了电纺丝的历史，并研究了影响纤维形态的因素，包括溶液成分、加工条件和环境条件。文章深入探讨了电纺丝的基本原理，旨在建立一个合适的平台，为食品工业中的传感应用制造量身定制的纳米纤维。这些纳米纤维在食品分析、传感和溯源方面发挥着至关重要的作用，我们重点介绍了它们在识别农药残留、食品成分、抗生素、重金属和食源性病原体以及监测食品新鲜度和变质方面的有效性。通过静电纺丝设备制成的电纺丝将使传感平台更加方便、经济和普及，从而极大地促进食品质量和安全监测实践的改进。

三、结论

电纺丝是食品工业中一种极具前景的传感器开发和快速检测技术。它的应用领域非常广泛，包括检测食源性病原体、毒素、重金属、抗生素、新鲜度指示剂、食品成分和农药残留。通过用特定分子或受体对电纺纤维进行功能化处理，它们可以选择性地与分析物结合，从而实现灵敏的选择性检测。纤维的高表面积与体积比提高了灵敏度，而材料选择的多样性使其具有量身定制的特性，如稳定性和选择性。电纺传感器可以检测农药残留和毒素，确保食品安全。它们还能识别特定的食品成分，如糖、蛋白质和脂类，用于营养分析和成分鉴定。此外，电纺丝技术还有助于检测新鲜度和变质的标志物，如挥发性有机化合物。此外，这些传感器还能捕获和量化食品中的重金属，有助于评估有毒污染物。总之，基于电纺丝的传感器在食品工业中具有巨大的潜力。然而，可扩展性、对环境条件的敏感性以及需要针对特定分析物进行广泛的工艺优化等挑战依然存在。为了克服这些限制，潜在的解决方案包括开发自动化系统以提高生产效率，探索新材料以提高纤维稳定性，利用机器学习算法加快工艺优化，以及扩大电纺所用材料的范围。随着研究和开发的深入，电纺纤维有可能通过提高传感器效率、改善食品质量和安全来彻底改变食品系统。自动化系统可以简化生产流程，提高生产效率，减少对人工的依赖。增强纤维在不同环境条件下的稳定性将提高可靠性和可重复性。利用机器学习算法可加快工艺参数的优化，节省时间和资源。探索性能更佳的新材料将扩大可检测分析物的范围。通过专注于这些解决方案，电纺纤维可以成为食品系统中快速准确检测的有力工具，确保食品供应链的安全和质量。

图1.电纺丝设备配置示意图

图2.不同浓度聚合物溶液电纺纳米纤维的扫描电子显微镜图像