《食品科學》：華南農業大學徐振林教授等：基于納米抗體的食源性有害物快速智能化檢測研究進展

隨著全球經濟和科技的不斷發展，食品安全問題更加受到人們的關注。據世界衛生組織估計，全球每年約有6億 人因攝入受污染食品患病，其中42萬 人死亡，造成的經濟損失高達1 100億 美元，這不僅給公共衛生系統帶來了巨大的壓力，也對社會經濟發展構成了持久且嚴重的威脅。隨著全球化貿易的擴大、食品生產技術的革新以及消費者需求的多樣化，食品供應鏈變得更加復雜且多元化，食品中潛在的危害因素也日益增多。食源性有害物不僅僅包括傳統意義上的有毒化學物質如農獸藥殘留、生物毒素、食物過敏原、非法添加劑，還涉及到不斷變異的病原微生物、新資源食品潛在危害因子等新興問題，如何快速、準確地檢測這些有害物質成為了食品安全領域的關鍵技術難題。此外，食品消費周期普遍較短，這對檢測技術的時效性、靈敏度與智能化水平提出了更高要求。

針對食源性有害物質的檢測，目前主要采用的方法有微生物培養、高效液相色譜法、氣相色譜-質譜聯用等。這些方法雖然有著較高的準確性和靈敏度，但是在實際應用中通常面臨著檢測時間長、操作復雜、成本高等問題，難以滿足快速篩查和大規模應用的需求。與此同時，基于抗原-抗體特異性結合的免疫檢測方法由于靈敏度高、特異性強、操作簡便而受到研究人員的廣泛關注。近年來，酶聯免疫吸附分析（ELISA）、熒光免疫、化學發光免疫以及免疫層析技術等常見免疫分析方法在有害微生物、生物毒素、農藥與獸藥殘留等目標物的檢測中得到了廣泛的應用，已成為食品安全與環境監測等領域的重要分析手段。然而，現有檢測方法多依賴于傳統抗體如鼠源單克隆抗體（mAb），其分子質量大、耐受性差，在一定程度上限制了其在復雜檢測環境中的應用及發展。例如，很多靶標抗原可能位于空間結構非常狹窄或隱蔽的區域，傳統抗體由于體積龐大，其抗原結合片段（Fab）無法有效觸及這些位點；另外，mAb輕鏈和重鏈之間存在的疏水界面容易受溫度影響，導致本應藏在內部的疏水區域暴露并發生非特異性聚集，從而使抗體失活。為克服傳統抗體在穩定性、適應復雜檢測環境中的局限，近年來，多種替代抗體分子應運而生并取得顯著進展。其中，來源于鯊魚、駝科等動物的納米抗體由于其分子質量小、親和力高、穩定性強、易于表達和工程改造等特點，在多個免疫檢測領域展現出廣泛的應用前景。結合現代傳感器技術，納米抗體能夠實現高效快速的檢測，正逐步成為食品安全檢測的重要工具。

隨著納米抗體在食源性有害物質檢測中的研究不斷深入，許多研究者已經開發出了一系列基于納米抗體的檢測平臺。借助其親和力高、穩定性強以及易于表達與改造等獨特優勢，這些檢測平臺不僅在靈敏度和特異性方面取得了顯著提升，同時在檢測速度、成本控制及操作便捷性等方面也展現出巨大的優勢，成為基于傳統抗體免疫方法的有利補充。

華南農業大學食品學院的徐振林*、梁曉敏、劉敏玲等人系統地介紹納米抗體的結構特性與制備方法，重點闡述其在常見食源性有害物質中的快速、智能化檢測的研究進展，并進一步探討納米抗體在新興技術中的潛在優勢與挑戰，分析其在復雜檢測環境中的廣闊應用前景及局限性，旨在為突破傳統檢測方法的局限性、提升納米抗體技術的應用潛力提供理論支持。

1 納米抗體的結構特性與制備策略

1.1 納米抗體的結構特性

1.1.1 分子質量小

納米抗體是一類來源于鯊魚、駝科等動物（如羊駝、駱駝）的單域抗體，本質是重鏈抗體的可變區（VHH），其發現于比利時自由大學的一項偶然研究。1993年，研究人員Hamers-Casterman等在研究駝科動物抗體結構時發現了一種特殊的重鏈抗體。與傳統免疫球蛋白G（IgG）抗體不同，納米抗體缺失輕鏈，并且其抗原結合功能完全依賴于重鏈可變區，相對分子質量約為15 kDa，比傳統抗體（約150 kDa）及其Fab段（約50 kDa）要小得多，是已知的最小的抗原結合單位。

1.1.2 穩定性強

與傳統的IgG抗體相比，納米抗體可變結構域內富含二硫鍵和親水性氨基酸殘基，有助于其在熱應激下維持天然構象或在變性后自發復性。以往的研究認為，在互補決定區（CDR）3區的氨基酸數量大于16時，納米抗體的熔解溫度（Tm值）會降低，從而影響整體穩定性。然而當CDR3區與框架區（FR）形成非經典二硫鍵時，可顯著抵消長CDR3的柔性，減少熱誘導聚集的發生。有研究表明即使在37 ℃條件下放置1 周，納米抗體仍能保持完全結合載量。此外，納米抗體往往可耐受較高濃度的甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、二甲基亞砜（DMSO）或二甲基甲酰胺（DMF），這為其在復雜基質的檢測提供了良好的應用基礎。

1.1.3 親和力高

納米抗體由4 個FR區和3 個CDR區組成，其結構框架包括2 個β折疊，其中一個包含4 個β鏈，另一個包含5 個β鏈，CDR區在β鏈之間形成靈活的抗原結合環（圖1）。CDR區是決定抗原識別與結合特異性的關鍵區域，尤其是CDR3區通常對抗原識別起主導作用，而CDR1和CDR2區更多的是負責協助結合。與傳統抗體相比，納米抗體具有更長的CDR3區，這一結構特征賦予其更大的結合位點多樣性和更優的抗原識別能力。這一廣泛的結合表位，使其親和力與常規mAb相當或優于傳統mAb，親和力常數范圍可達皮摩爾級別。

1.1.4 易于表達及工程改造

傳統的mAb在生產時通常需要大量的哺乳動物以及漫長的篩選和純化步驟，從而導致了其昂貴的生產成本并限制了其進一步應用。相比之下（表1），納米抗體的單域結構避免了復雜的組裝要求，可在微生物系統（如細菌、酵母、真菌）中表達，顯著縮短研發周期、降低生產成本，從而解決抗體規?；a的瓶頸問題。此外，納米抗體具有短小的基因序列，便于通過聚合酶鏈式反應（PCR）擴增、噬菌體展示等分子生物學技術構建表達文庫，并實現高效篩選高表達克隆。合成文庫技術的應用進一步簡化了納米抗體的開發流程，使其在無需依賴動物免疫的情況下亦可獲得具有高親和力的候選分子，顯著降低了篩選與應用的技術門檻。

1.2 納米抗體的制備策略

納米抗體的篩選與鑒定技術是其在生物醫學、食品安全檢測、環境監測等領域應用的關鍵環節，其在很大程度上依賴于抗體文庫的構建。目前常用納米抗體文庫主要分為3 種：免疫文庫、天然文庫和合成文庫。其中，最常用的是免疫文庫，通常通過免疫單峰駱駝、美洲駝等動物獲得。天然文庫是指從未經免疫的駱駝科動物體內直接構建的、以VHH基因序列為基礎的抗體文庫。由于缺乏體內免疫親和力成熟步驟，其初始庫容與多樣性高度依賴于供體動物的血液樣本量，只有從庫容大、多樣性高的文庫中才能獲得高特異性和親和力的納米抗體，或需要經過體外親和力成熟。隨著生物信息學、人工智能和蛋白質工程技術的發展和計算機輔助設計，合成文庫已成為優化納米抗體的重要策略。合成文庫是一種通過基因工程技術構建的重組抗體庫，與傳統的免疫文庫不同，合成文庫完全通過體外分子設計構建，具有多樣性高、可控性強、無動物依賴等優勢。它避免了動物免疫的繁瑣過程，為納米抗體的研究開辟了更加高效便捷的路徑。

噬菌體展示技術是納米抗體篩選的核心方法，有著操作簡便、成本低、高效等優勢，還可免受高溫、pH值、變性劑、紫外線和蛋白水解酶等因素的影響，通過構建和篩選高多樣性的噬菌體展示文庫，可快速獲得高親和力和高特異性的納米抗體。噬菌體展示技術又稱生物淘選，是一種分離靶標結合分子的親和選擇過程。如圖2所示，基于噬菌體展示的生物淘選主要包括5 個步驟：第1步是“文庫構建”，通過克隆組合DNA序列構建噬菌體文庫，并在生物淘選之前完成文庫擴增。免疫文庫需用相關抗原對駱駝科動物進行免疫，天然文庫則省去該步驟。第2步是“噬菌體孵育”，即噬菌體文庫與目標分子孵育一段特定時間以使其結合。第3步是“洗滌”，通過重復洗滌去除任何未結合和非目標特異性噬菌體。第4步是“洗脫”，目標結合噬菌體經過低pH值緩沖液的短暫孵育或競爭性洗脫后分離。最后，在第5步“擴增”，洗脫后的噬菌體在大腸桿菌中進行擴增，建立一個新的更具選擇性的噬菌體文庫，用于下一輪的生物篩選。通常，需要3～5 輪生物淘選分離特異性和親和力高的目標結合物。通過增加洗滌次數和減少靶分子的量增加每輪生物淘選的嚴格性，從而去除非特異性噬菌體并分離對靶標具有高親和力的噬菌體。在生物淘選結束時，用噬菌體ELISA和DNA測序鑒定對靶標具有高親和力的個體特異性噬菌體。

2 納米抗體在食源性有害物快速檢測中的優勢

2.1 高靈敏度：納米抗體在痕量分析中的應用

在食源性有害物的檢測中，靈敏度是評價檢測系統性能的關鍵指標，尤其在處理毒性強、含量低的污染物（如生物毒素、農獸藥殘留等）時更顯重要。在檢測中，很多靶標抗原可能位于空間結構非常狹窄或隱蔽的區域，傳統抗體由于體積龐大，其Fab段無法有效觸及這些位點。相較于傳統抗體，納米抗體的小體積使其能夠更充分地接近并識別目標分子上的隱蔽抗原表位，從而顯著提升檢測靈敏度。此外，納米抗體較長的CDR3區也賦予了其較高的特異性和親和力。近年來，多項研究已證實納米抗體在痕量目標分析中的應用潛力。對部分已報道的納米抗體免疫分析文獻進行總結，發現大部分基于納米抗體建立的分析方法均具有良好的靈敏度（表2）。例如，針對有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑的納米抗體，已成功應用于ELISA和比色/熒光傳感平臺，能夠實現對目標殘留物的快速篩查與定量檢測。Zhang Yongyi等開發了一種針對百草枯的超靈敏、高特異性和穩定的納米抗體，并用時間分辨熒光微球對該抗體進行修飾，建立了一種快速比色法，該方法對百草枯的檢測限（LOD）為0.009 0 ng/mL，半抑制濃度（IC50）為0.058 8 ng/mL。與傳統基于mAb、多克隆抗體（pAb）建立的ELISA方法相比，該方法不僅具有更高的靈敏度和更快的檢測速度（8 min），還可對各種復雜基質如血液、尿液、玉米中的百草枯進行檢測定量，更好地滿足百草枯殘留和代謝的檢測需求。在另一項研究中，Yang Yuanyuan等從噬菌體文庫中篩選到3 株高度特異性納米抗體，并建立了間接競爭酶聯免疫吸附分析（ic-ELISA）用于檢測動物尿液中的19-去甲睪酮，在最佳條件下，該方法的IC50為1.03 ng/mL，LOD為0.10 ng/mL。與已報道的基于mAb或pAb相比，該方法具有相當或更高的靈敏度，如pAb的IC50為27 ng/mL或6.41 ng/mL，mAb的IC50為0.55 ng/mL。此外，這些檢測方法大多可在數分鐘內完成，可滿足食品安全現場快速檢測的需求。

2.2 高穩定性：復雜食品基質中的可靠識別元件

2.2.1 高溫耐受性

納米抗體的小分子和單域屬性賦予了其更為出色的熱展開抗性以及變性后重新折疊的能力，這使得其在高溫環境下仍能保持良好的構象穩定性和功能活性。Zhang Caixia等通過實驗比較了納米抗體與mAb的熱穩定性。研究結果表明，在80 ℃加熱10 min后，mAb與抗原的結合能力幾乎全部喪失，而納米抗體在80 ℃加熱60 min后仍保留有30%的活性。表3中總結了部分已報道的納米抗體免疫分析方法，可以發現大部分納米抗體在85 ℃高溫長時間處理后仍可保持結合活性，而其他常規抗體則不可逆地失活。例如，Liu Xing等在開發用于檢測谷物中赭曲霉毒素A（OTA）的納米抗體時，發現該抗體在90 ℃加熱75 min后仍保留約25%以上的結合活性。相比之下，常規IgG抗體在80 ℃條件下處理5 min即完全失活。針對黃曲霉毒素的納米抗體也表現出優于常規抗體的熱穩定性。研究表明，在高溫條件下孵育1 h后，傳統mAb幾乎完全失去結合活性，而納米抗體在相同條件下仍能保留約40%至70%的活性。類似的熱穩定特性也在靶向蓖麻毒素的納米抗體中得以觀察。這種顯著的熱穩定差異凸顯了納米抗體在食品高溫加工環境下的廣闊應用前景。

2.2.2 強有機溶劑耐受性

在食品安全檢測中，為了實現對親脂性分析物的高效提取，常常需要使用有機溶劑（如甲醇、乙醇、乙腈、丙酮或DMSO等）進行樣品前處理。然而，這類溶劑往往會使抗體的構象發生變化或活性喪失。因而在以傳統抗體為檢測抗體開發的檢測體系中，往往需要通過蒸發復溶或者高倍比稀釋等操作避免有機溶劑的影響，這不僅增加了操作復雜性，還顯著增加了檢測周期。相較之下，納米抗體因其獨特的單域結構和高構象穩定性，對多種有機溶劑表現出良好的耐受性，這一優勢為將納米抗體直接應用于有機相提取樣品的免疫檢測提供了可行性，有效簡化了前處理流程，并顯著提升了檢測的效率與現場適應性。

例如，Zhang Jinru等基于高甲醇和乙腈耐受性的納米抗體，開發了一種ic-ELISA并用于測定蔬菜和水果樣品中的克百威。結果表明，該方法在用有機溶劑對樣本進行提取后，不需要經過吹干的步驟，可直接實現對樣本中的克百威進行檢測，樣品的平均回收率在82.3%～103.9%之間，變異系數在10%以內，與超高效液相色譜-串聯質譜法之間的相關系數為0.991 3，可滿足實際樣品的檢測要求。He Ting等構建了一種針對AFB1的納米抗體（Nb26和Nb28），結果顯示該抗體在體積分數高達80%的甲醇、丙酮或乙腈存在時依然保持結合活性?；谠摽贵w開發的競爭性ELISA可直接針對70%甲醇提取液進行分析，無需對樣品進行稀釋。在針對稻米中稻綠核菌素的研究中，Nb-B15能在50%甲醇和45%乙腈條件下保留大于50%結合活性；在50%乙腈存在下，還能增強抗體的親和力。這些研究結果如表4所示，表明納米抗體在高濃度有機溶劑中仍能保持良好的結構穩定性和抗原結合能力，使其可直接應用于有機相提取樣品的免疫檢測中，顯著簡化前處理步驟并保證檢測結果的準確性與可靠性。值得注意的是，不同納米抗體對各類有機溶劑的耐受能力存在差異，可能與其特定氨基酸序列所形成的疏水性結構域、內部氫鍵網絡以及疏水核心的緊密程度有關。此外，某些納米抗體的表面帶電性質也可能在極性溶劑環境中起到穩定構象的作用，從而增強其在特定溶劑中的穩定性。這些結構特性共同決定了納米抗體在有機溶劑中的溶解性與功能保持能力，為其在復雜基質樣品中直接開展免疫分析提供了堅實的理論基礎和應用潛力。

2.2.3 長期儲存穩定性與極端環境耐受性

在食品安全現場檢測和應急監測中，快檢體系常常面臨無冷鏈儲運、長期貯存和環境劇烈波動等挑戰。因此，檢測系統中所用的生物識別元件必須具備良好的穩定性，能夠在非理想條件下長時間保存并保持功能活性。然而，傳統抗體結構復雜、對溫度和pH值敏感，通常需要冷鏈保存（2～8 ℃）或凍干處理，否則容易因變性或聚集而失活，這極大地限制了其在實際檢測中的應用。相較而言，納米抗體由于其高度穩定的單域結構，表現出優異的長期儲存和極端環境耐受性，成為構建快速檢測平臺的理想分子工具。Arbabi Ghahroudi等的研究表明，納米抗體在37 ℃連續孵育60 h仍然保留了80%～100%的原始抗原結合活性。在對金黃色葡萄球菌腸毒素B的研究中，Hughes等篩選獲得的納米抗體SEB-9在室溫（約25 ℃）條件下儲存兩周后，仍保留有約93%的抗原結合活性。這一表現遠優于傳統抗體，為不依賴冷鏈的現場應用提供了技術支撐。

2.3 易于工程改造：構建多功能檢測平臺

納米抗體憑借其獨特的結構特征與生物化學穩定性，展現出良好的分子可塑性，能夠通過基因工程手段實現定點突變、多價構建及功能融合等多種改造策略。這些工程化改造不僅有助于提升其親和力和結構穩定性，還賦予其更豐富的功能特性，從而顯著拓展其在快速檢測技術中的應用潛力與適應性。如圖3所示，Wang Yueqi等通過設計了一種雙特異性納米抗體（BsNb）支架，開發了一種定向固定化ELISA平臺（O-ELISA），用于高靈敏度檢測腸炎沙門氏菌和副溶血性弧菌。在優化條件下，基于BsNb的O-ELISA對腸炎沙門氏菌和副溶血性弧菌的LOD分別為3.33×103 CFU/mL和6.35×104 CFU/mL，相較于傳統被動固定化單特異性納米抗體的ELISA，其靈敏度分別提高了13.4 倍和13.7 倍。在另一項研究中，Liao Xingrui等通過將納米抗體與鐵蛋白融合，構建了一種24 價納米籠狀結構的沙門氏菌特異性鐵蛋白-納米抗體復合物（Fenobody）。在優化條件下，基于Fenobody的夾心化學發光免疫分析法的LOD為2.94×103 CFU/mL，比傳統3,3’,5,5’-四甲基聯苯胺（TMB）顯色法的靈敏度提高了12 倍。與單價納米抗體相比，Fenobody的親和力提高了35 倍，同時保持了良好的熱穩定性和特異性。該方法在果汁、火腿腸和蜂蜜等實際樣品中的回收率為70.4%～119.4%，變異系數為11.21%。該研究為食源性病原體的高靈敏檢測提供了一種新型多價納米抗體技術平臺。

此外，為了實現快速檢測平臺中識別與信號輸出的一體化，納米抗體常與報告酶（如堿性磷酸酶（ALP）、辣根過氧化物酶、熒光素酶等）進行融合表達，形成具有識別與信號轉導雙重功能的工程融合蛋白。與傳統的化學偶聯策略相比，融合表達方式在構型一致性、功能保持、生產標準化等方面展現出顯著優勢。首先，融合表達通過基因工程手段將納米抗體與酶在編碼層面直接連接，確保融合蛋白構象一致、表達穩定，避免了化學偶聯中常見的連接位點不確定、產物異質性高的問題。其次，融合蛋白的表達產物在保持納米抗體結合活性的同時，酶活性也得以穩定表達，因而具備良好的信號響應特性。相比之下，化學偶聯過程中可能發生抗原結合位點或酶催化位點被遮蔽或失活的現象，從而影響整體檢測性能。此外，融合表達顯著簡化了檢測試劑的制備流程。在傳統方法中，抗體與酶的偶聯需經過修飾、反應、純化等多個步驟，而融合表達可直接在大腸桿菌、酵母等系統中實現一體化表達和一步純化，適合規?；蜆藴驶a。Wang Xuerou等開發了一種基于Nb28-ALP的磷酸鹽熒光傳感系統，并將其與磷酸鹽觸發熒光機制相結合，構建了一個高度靈敏且可靠的OTA熒光免疫分析平臺。在優化條件下，該方法表現出良好的檢測性能，IC50為0.46 ng/mL，LOD為0.12 ng/mL。曹冬梅等通過免疫羊駝，構建了噬菌體展示的抗AFB1的納米抗體文庫，通過生物篩選將篩選到的特異性結合AFB1的納米抗體G8與大腸桿菌ALP融合表達，獲得同時具有ALP活性和AFB1結合活性的融合蛋白G8-AP，建立檢測AFB1的一步ELISA法。該一步法ELISA的IC50值為19.8 ng/mL，線性范圍為4.3～92 ng/mL，LOD為2.6 ng/mL。由此可見，納米抗體與酶的融合表達不僅克服了傳統化學偶聯方法存在的局限性，還顯著提升了檢測系統的功能集成度、構建效率與現場適用性，為高性能食品安全快速檢測平臺的開發提供了重要技術支撐。

2.4 納米抗體與智能化傳感平臺的結合

隨著食品安全檢測需求的多樣化和復雜化，傳統實驗室方法已難以滿足快速、便攜、高通量的要求，由此，智能化檢測平臺應運而生，其集成了微型傳感器、信息處理單元和信號讀出系統，可實現自動化、可視化，甚至遠程操控與數據傳輸，在食品安全檢測領域展現出廣闊的應用前景。納米抗體憑借其優異的穩定性、小分子結構與工程改造潛力，與生物電子傳感、生物納米平臺等前沿技術的融合，正在推動檢測技術向智能化、集成化邁進。一方面，與傳統抗體相比，納米抗體的分子質量小、穩定性強、對有機溶劑耐受性高等特性，更適用于復雜環境下的現場檢測。另一方面，其單域結構便于與金屬納米材料、量子點或酶分子等偶聯，也可通過基因工程手段與功能蛋白融合表達，便于構建多功能識別探針。納米抗體的這些特性顯著提升了智能化傳感平臺的響應速度、信號強度和穩定性，使其更適合集成于便攜設備、手機讀數系統或可穿戴檢測裝置中，實現“快速識別-即時反饋-數據聯通”的智能檢測流程。

2.4.1 基于智能手機的傳感策略

隨著經濟的發展和科技的進步，智能手機的應用越來越廣泛。與傳統的經典手機相比，智能手機具有質量輕且便于攜帶、功能強大、滲透率高、用戶范圍廣等特點，且具有全面的功能和學習能力，不斷更新并快速適應用戶的需求。最重要的是，與大型設備相比，基于智能手機的微型儀器成本更低、檢測速度更快、訪問渠道更廣。利用智能手機的內置功能模塊，其通常用作控制器、分析儀和顯示器，以實現快速、實時的監測，這可以大大簡化檢測系統的設計并降低檢測系統的成本。一方面，可通過將智能手機作為探測器實現對樣品進行拍照或記錄以形成圖像；另一方面，可將智能手機用作儀器接口與微型儀器相連，連接到微型儀器的手機既不需要耦合裝置，也不需要攝像頭，只需使用智能手機強大的計算能力即可。盡管基于智能手機的便攜式檢測系統在食品分析領域發展迅速，并廣泛采用mAb實現高靈敏檢測（圖4），但將納米抗體整合至此類平臺的相關研究仍較為稀缺，亟需深入探索其在智能檢測技術中的應用潛力。Xie Xiaoxia等基于納米熒光素酶標記的納米抗體建立了一種比率式生物發光免疫傳感器，并在智能手機的輔助下實現OTA的快速現場檢測。盡管該傳感器可在一定程度上實現肉眼的視覺檢測，但無法區分細微的顏色變化，容易造成個體判斷的偏差，借助智能手機實現RGB的解析可實現定量檢測。使用酶標儀檢測的LOD為0.98 ng/mL，而智能手機讀出的LOD也達1.89 ng/mL，性能上接近實驗室設備，為實現移動端、云端的數字化智能檢測提供了基礎。在另一項研究中，Lu Shenjunjie等基于智能手機的圖像識別和處理功能，構建了一種快速、直觀、現場可操作的新城疫病毒檢測系統。通過智能手機圖像傳感器實現了對檢測結果的分析，并將檢測結果數字化，從而大大縮短了檢測所需的時間。這種檢測方法方便簡單，無需專業培訓，特別是云服務器上的管理系統可以有效地促進數據的共享，使檢測數據能夠實時監控。

2.4.2 基于“識別-放大-輸出”一體化模塊的傳感策略

在傳感器構建過程中，納米抗體可通過His-tag、Strep-tag等形式實現定向固定，避免傳統抗體隨機吸附所導致的識別位點遮蔽問題，從而增強檢測信噪比與重復性。更重要的是，納米抗體極易通過分子工程手段與酶、熒光蛋白、量子點或導電聚合物融合表達，構建“識別-放大-輸出”一體化功能模塊，極大促進其在生物傳感器、電化學傳感器、可穿戴監測設備等先進檢測平臺中的集成應用。如Su Benchao等通過構建兩種OTA特異熒光納米抗體，即納米抗體融合在sfGFP的羧基末端（SGFP-Nb）或氨基末端（Nb-SGFP），選擇熒光性能較好的SGFP-Nb作為OTA的示蹤劑，通過熒光共振能量轉移（FRET）開發基于熒光納米抗體的納米傳感器FN-Nanosens。在優化條件下，FN-Nanosens的LOD為5 pg/mL，線性檢測范圍為5～5 000 pg/mL，且該傳感器在具有各種復雜基質環境的谷物的回收實驗中顯示出良好的準確性和可重復性（圖5）。Xie Xiaoxia等使用先前篩選的OTA特異性納米抗體，將其與NanoLuc酶的大片段（LgBiT）融合，生成Lg-nanobody（NLg），同時將小片段（SmBiT）標記在OTA-BSA共軛物（OSm）上，基于此構建了一種均相傳感平臺生物發光免疫傳感器（NBL-Immunosens）。NBL-Immunosens無需洗滌即可在5 min完成對OTA的檢測，LOD為0.01 ng/mL，線性范圍為0.04～2.23 ng/mL。Li Shijie等以納米抗體作為捕獲抗體，mAb作為檢測抗體，構建了一種基于納米抗體的“熒光光熱”生物傳感器用于高特異性和高靈敏度的β-乳球蛋白檢測。在熒光模式下，檢測范圍為0.1～100 ng/mL，LOD為0.034 ng/mL；在光熱模式下，檢測范圍為0.1～100 ng/mL，LOD為0.075 ng/mL，且該免疫傳感器在巴氏殺菌牛奶、超高溫滅菌牛奶、牛奶飲料和綠茶中均具有良好的適用性。綜上所述，納米抗體因其優異的穩定性、易于工程化修飾及良好的平臺適配性，正成為新一代食品安全生物傳感器的關鍵構件。

2.4.3 基于表面等離子體的傳感策略

表面等離子體共振（SPR）生物傳感器通過檢測金屬-介質界面處表面等離子體波的變化，實時監測生物分子相互作用導致的折射率改變。SPR是一種高靈敏度的光學傳感技術，其原理基于入射光與半透明貴金屬層或芯片中的自由電子的相互作用，從而實現對金屬-介電界面有效折射率的微小變化的實時監測（圖6）。根據等離子體激發機制和傳感結構的不同，SPR可分為傳統SPR和局域表面等離子體共振（LSPR）兩大類。傳統SPR通常基于Kretschmann或Otto光學耦合結構，在金屬薄膜（通常為幾十納米厚）表面激發表面等離子體波，適用于檢測較大分子或復雜體系的結合行為。相比之下，LSPR則發生在金屬納米顆粒（如金納米棒、納米殼）表面，具有極強的局部電磁場增強效應，使其在檢測低分子質量目標、信號放大和芯片小型化方面具有獨特優勢。此外，還有基于光纖、波導、成像型等多種SPR衍生技術，不斷拓展其檢測能力與應用場景。1982年，瑞典科學家Liedberg團隊將SPR用于生物分子相互作用檢測，通過固定抗體成功檢測抗原，開創了SPR在生物化學中的應用。該技術作為一種無需標記、實時監測生物分子相互作用的光學傳感方法，近年來在食品安全檢測領域展現出顯著優勢，尤其在食源性致病菌、生物毒素及過敏原等食源性有害物的快速、高靈敏檢測方面展現出巨大的應用潛力和發展前景。例如，Wang Peng等報道了副溶血性弧菌的噬菌體展示納米抗體庫，并提出了一種基于硫醇化M13噬菌體展示的納米抗體（phage-Nb）的一步無標記比色策略，用于副溶血弧菌的高靈敏度檢測。該方法可在100 min內完成檢測，視覺LOD為104 CFU/mL，定量LOD為103 CFU/mL。在另一項工作中，Chen Pengyu等開發了一種基于納米抗體誘導的金納米顆粒（AuNPs）聚集的色譜型免疫傳感方法，用于阪崎克羅諾桿菌（Cronobacter sakazakii）的即時檢測。當納米抗體與目標細菌結合時，會發生空間阻礙，從而阻止AuNPs進一步聚集，這種表面等離子共振特性的改變導致了可見光顏色的變化。該方法無需進行DNA提取或PCR擴增，全程可在20 min內完成，視覺LOD為103 CFU/mL，定量檢出限為136 CFU/mL，這種免標記、操作簡便的平臺顯示出廣泛的現場檢測和食品監控應用潛力。

3 結語

納米抗體自發現以來憑借其獨特的優勢，在快速檢測領域中展現了獨特的應用潛力。相較于傳統的抗體，納米抗體具有分子質量小、穩定性高、親和力強、特異性好以及易于工程改造等優點。目前，基于抗體-抗原特異性結合的免疫分析方法也受到了研究人員和市場的青睞，納米抗體的小尺寸使其更易接近并結合隱藏的抗原表位，從而顯著提升檢測的靈敏度和信噪比；其優異的熱穩定性和有機溶劑耐受性為復雜食品基質中的穩定檢測提供了可能；其高度可表達性和良好的可修飾性也為快速檢測方法的規?；苽浜凸δ芑O計提供了重要基礎。

盡管納米抗體相較于傳統抗體在靈敏度、穩定性以及工程改造潛力等方面具備顯著優勢，但其小尺寸在帶來優勢的同時，也成為其進一步推廣應用的瓶頸之一。首先，在異相偶聯固定化過程中，納米抗體由于分子質量較小、結構緊湊，其活性位點容易在隨機偶聯時被遮蔽或發生構象取向不當，導致結合活性下降；其次，在側流免疫層析試紙等快速檢測平臺中，納米抗體的低分子質量在層析過程中易受“層析前沿效應”影響，導致結合區域不均、信號衰減，進而影響檢測靈敏度與可重復性；此外，在ELISA體系中，納米抗體由于僅含單一抗原結合域，可識別表位數量有限，導致其可配對的檢測二抗選擇受限，從而制約雙抗夾心模式的靈敏度與動態范圍。未來，隨著納米抗體結構導向改造、界面偶聯化學、微流控與智能傳感材料等多學科技術的融合，納米抗體有望在食品安全快速檢測中實現從“單靶高靈敏識別”向“多靶廣譜智能識別”的跨越。同時，結合機器學習算法對信號圖像進行解析及現場實時判讀，也將進一步推動納米抗體在食品安全監測、環境毒素檢測及公共衛生防控等領域的智能化應用與產業化發展。

作者簡介

通信作者：

徐振林，華南農業大學食品學院，院長/教授/博士生導師。主要從事食品安全與營養科研教學工作，承擔國家自然科學優秀青年基金，入選全國農業科研杰出人才、廣東省特支計劃科技創新領軍人才等；以第一作者或通信作者發表SCI論文100多篇，入選全球前2%頂尖科學家榜單；主持獲得廣東省科技進步一等獎1 項，中國食品工業協會科學技術獎一等獎1 項，參加獲得國家科技進步二等獎、教育部技術發明一等獎等多項；現任畜禽產品精準加工與安全控制技術國家地方聯合聯合工程研究中心副主任、廣東省食品質量安全重點實驗室常務副主任、廣東省廣東省食品安全學會副會長、廣東省食品學會常務理事、Food Safety and Health副主編、International Journal of Food Science 編委等。

引文格式：

徐振林, 梁曉敏, 劉敏玲, 等. 基于納米抗體的食源性有害物快速智能化檢測研究進展[J]. 食品科學, 2025, 46(23): 1-12. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250731-250.

XU Zhenlin, LIANG Xiaomin, LIU Minling, et al. Nanobody-based strategies for rapid and intelligent detection of foodborne contaminants: progress and perspectives[J]. Food Science, 2025, 46(23): 1-12. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250731-250.

實習編輯：王雨婷；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、 重慶三峽科技大學 、西華大學、成都大學、四川旅游學院、北京聯合大學、 中國-匈牙利食品科學“一帶一路”聯合實驗室（籌）、 普洱學院 共同主辦 的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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