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Abstract

多重檢測平臺的發(fā)展是精準(zhǔn)診斷與環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的重要前沿，其進(jìn)步主要得益于納米尺度制備技術(shù)與光譜分析手段的持續(xù)創(chuàng)新。然而，傳統(tǒng)的單一分析物檢測方法在多種目標(biāo)物共存的復(fù)雜真實樣品體系中已難以滿足實際需求。本文從三個核心技術(shù)維度，系統(tǒng)梳理并解析了集成傳感系統(tǒng)的最新研究進(jìn)展：

1）制備與異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑：通過可控合成策略（如模板法、動力學(xué)調(diào)控和相工程）、定向組裝方式（界面效應(yīng)、生物程序化組裝）以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計（等離激元–催化–多孔結(jié)構(gòu)協(xié)同），實現(xiàn)電磁“熱點(diǎn)”構(gòu)建、信號放大和選擇性富集；

2）性能提升策略：利用工程化界面提高檢測特異性，依托納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)超高靈敏度放大，引入深度學(xué)習(xí)輔助的光譜解析手段，并有效抑制基質(zhì)干擾；

3）跨平臺應(yīng)用：涵蓋表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）（如柔性基底、復(fù)合材料）、熒光傳感以及比色傳感（如納米酶、便攜式檢測體系），實現(xiàn)農(nóng)業(yè)監(jiān)測等領(lǐng)域的多靶標(biāo)檢測。

盡管當(dāng)前相關(guān)平臺已實現(xiàn)阿摩爾（attomolar）級靈敏度并具備現(xiàn)場檢測潛力，但仍面臨“功能性–穩(wěn)定性–可規(guī)模化”之間的“三難困境”，以及材料穩(wěn)定性不足、制備重復(fù)性有限和真實樣品驗證不充分等關(guān)鍵挑戰(zhàn)。通過對上述機(jī)理與局限性的系統(tǒng)評述，本文為下一代智能檢測平臺提供了理論框架，并強(qiáng)調(diào)未來研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注模塊化設(shè)計、多模態(tài)協(xié)同以及可規(guī)模化制造策略。

01

Introduction

在精準(zhǔn)診斷與環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，多重檢測平臺的演進(jìn)已成為重要研究前沿，其發(fā)展主要得益于納米尺度制備技術(shù)與光譜分析方法的融合。傳統(tǒng)單一分析物檢測在多種污染物、生物標(biāo)志物和病原體共存的復(fù)雜體系中存在明顯不足，推動研究從單一傳感元件轉(zhuǎn)向依賴結(jié)構(gòu)精密調(diào)控、空間有序構(gòu)筑和界面協(xié)同作用的集成化檢測系統(tǒng)。

納米檢測材料的進(jìn)展主要來源于可控合成、定向組裝及異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的協(xié)同發(fā)展。通過模板調(diào)控、動力學(xué)調(diào)節(jié)和相結(jié)構(gòu)工程可實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計；借助界面效應(yīng)和生物程序化策略實現(xiàn)空間有序組裝；而異質(zhì)結(jié)構(gòu)則通過等離激元增強(qiáng)、催化加速及多孔結(jié)構(gòu)富集等機(jī)制顯著提升檢測性能。然而，這類體系在多靶標(biāo)功能、環(huán)境穩(wěn)定性以及高精度制備與規(guī)?；a(chǎn)之間仍存在權(quán)衡問題。

在光譜檢測方面，實現(xiàn)復(fù)雜基質(zhì)中的可靠多靶標(biāo)分析仍具挑戰(zhàn)，研究重點(diǎn)集中于提升多重識別特異性、實現(xiàn)超靈敏信號放大、提高光譜解析穩(wěn)定性以及抑制基質(zhì)干擾等方面。于農(nóng)業(yè)檢測領(lǐng)域，表面增強(qiáng)拉曼、熒光及比色/吸收等光譜技術(shù)已被廣泛用于多組分檢測，但在信號一致性、材料穩(wěn)定性和真實樣品適用性方面仍有待提升。

本綜述系統(tǒng)總結(jié)了先進(jìn)基底工程策略（包括可控制備、定向組裝和異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑），并評估其在多靶標(biāo)檢測性能與系統(tǒng)集成優(yōu)化中的作用，同時討論了不同光譜平臺（SERS、熒光、比色/吸收及多模態(tài)體系）在農(nóng)業(yè)檢測中的應(yīng)用（圖1），以期為實用化光譜檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

圖1 本綜述的示意概覽，涵蓋納米材料的合成與組裝策略、性能優(yōu)化，以及在農(nóng)業(yè)產(chǎn)品多靶點(diǎn)檢測平臺中基于光譜技術(shù)的應(yīng)用

02

基底制備與組裝策略

可控制備技術(shù)

在傳感基底構(gòu)筑中，可控合成、定向組裝與異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程相互補(bǔ)充，其中可控合成是提升基底一致性與重復(fù)性的基礎(chǔ)。通過對材料組成、晶體結(jié)構(gòu)及缺陷的精細(xì)設(shè)計，可構(gòu)筑高均一性納米結(jié)構(gòu)，為痕量分析物的穩(wěn)定檢測提供保障。

可控合成的核心在于調(diào)節(jié)納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形貌和晶相，通常通過反應(yīng)參數(shù)調(diào)控、模板限域以及相/缺陷工程實現(xiàn)。由此發(fā)展出多種用于光譜檢測的納米結(jié)構(gòu)，包括球形、立方體、棒狀、片狀和樹枝狀等，并進(jìn)一步拓展至核–殼結(jié)構(gòu)、超薄膜以及垂直取向陣列等復(fù)雜體系，顯著增強(qiáng)光–物質(zhì)相互作用與信號穩(wěn)定性。

常用合成方法包括晶種介導(dǎo)生長、水熱法、溶膠–凝膠法和原位生長。通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體濃度、溶劑組成和反應(yīng)時間，可實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的精細(xì)控制。例如，乙醇輔助紫外光還原可在PMMA表面原位生成金納米星，通過調(diào)控前驅(qū)體濃度和光照時間實現(xiàn)尖刺密度調(diào)節(jié)（圖2A）。類似地，調(diào)節(jié)溶劑和浸涂濃度可控制聚多巴胺包覆鋁納米顆粒的長度及團(tuán)簇尺寸（圖2B）。

配體調(diào)控在形貌工程中同樣關(guān)鍵。適配體與拉曼報告分子協(xié)同介導(dǎo)生長，可實現(xiàn)對金納米棒形貌的精準(zhǔn)控制，但多參數(shù)耦合仍可能引入一定不確定性。

為提高復(fù)雜體系中的合成效率，人工智能被引入材料設(shè)計與優(yōu)化中。通過高通量實驗與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可實現(xiàn)對晶相、缺陷及等離激元響應(yīng)的反向設(shè)計，顯著降低研發(fā)成本并提升成功率。

模板引導(dǎo)合成策略

模板引導(dǎo)合成利用物理或化學(xué)模板實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)復(fù)制，是構(gòu)筑高均一納米結(jié)構(gòu)的重要手段。典型方法如納米球光刻，通過聚苯乙烯微球模板電沉積金納米顆粒，去除模板后可獲得有序金腔陣列基底（圖2C）。此外，高溫處理MOF材料可構(gòu)筑負(fù)載單原子的碳基結(jié)構(gòu)。

界面反應(yīng)同樣可用于結(jié)構(gòu)構(gòu)筑，例如在動力學(xué)調(diào)控下，可在PDMS基底上原位生長樹枝狀銀納米結(jié)構(gòu)（圖3A）。生物模板也展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，如利用植物葉脈結(jié)構(gòu)制備規(guī)則多孔薄膜，具有成本低、制備快和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

總體來看，模板法在結(jié)構(gòu)均一性和尺寸可控性方面優(yōu)勢顯著，但仍面臨模板去除損傷和天然模板差異性等問題。未來結(jié)合可降解模板與3D打印技術(shù)，有望實現(xiàn)更高自由度的基底設(shè)計。

相/缺陷工程策略

相與缺陷工程通過直接優(yōu)化活性位點(diǎn)和提升催化效率來增強(qiáng)材料性能。例如，通過濕化學(xué)還原和酸刻蝕相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了釕納米晶由密排六方相向面心立方相的轉(zhuǎn)變，從而優(yōu)化催化活性位點(diǎn)，有利于比色檢測應(yīng)用（圖3B）。在MOF材料中，引入結(jié)構(gòu)缺陷可暴露更多Lewis酸位點(diǎn)，顯著加速水解反應(yīng)過程（圖3C）。

相工程還推動了水相穩(wěn)定鈣鈦礦量子點(diǎn)的制備，實現(xiàn)了在水/生物體系中仍保持高發(fā)光效率和窄發(fā)射峰寬的材料，為熒光檢測靈敏度的提升提供了關(guān)鍵支撐。然而，缺陷結(jié)構(gòu)在高溫或強(qiáng)光條件下易發(fā)生湮滅，穩(wěn)定性問題仍是該策略面臨的重要挑戰(zhàn)。

圖2 （A）不同光還原時間下合成的金納米結(jié)構(gòu)的場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）圖像；（B）通過溶劑組成（THF/1,4-二氧六環(huán)比例）控制納米結(jié)構(gòu)長度；（C）使用聚苯乙烯（PS）球模板通過電沉積法制備的GCA

圖3 （A）通過溶劑交換和界面反應(yīng)動力學(xué)控制的原位生長形成的樹枝狀銀納米結(jié)構(gòu)；（B）展示出亞穩(wěn)面心立方（fcc）結(jié)構(gòu)的高活性釕納米晶體；（C）Ce??摻雜誘導(dǎo)形成的缺陷結(jié)構(gòu)

定向組裝方法

定向組裝技術(shù)通過精確構(gòu)筑功能單元之間的空間構(gòu)型與相互作用，實現(xiàn)納米尺度間隙的可控調(diào)節(jié)，從而獲得穩(wěn)定、可重復(fù)的信號分布，顯著提升檢測可靠性與實用性。同時，該策略有助于緩解探針淬滅和基質(zhì)干擾問題，實現(xiàn)復(fù)雜體系中的多靶標(biāo)高靈敏檢測。界面作用力與分子識別機(jī)制使組裝過程由被動聚集轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃涌臻g排布，形成高度有序的納米結(jié)構(gòu)。

界面效應(yīng)驅(qū)動的定向組裝

界面組裝是構(gòu)筑高度有序納米結(jié)構(gòu)的有效途徑。通過多相界面體系，可利用Marangoni效應(yīng)驅(qū)動金納米顆粒形成高致密單層陣列，并精確調(diào)控結(jié)構(gòu)參數(shù)（圖4A）。油–水界面組裝還可構(gòu)筑三維等離激元超結(jié)構(gòu)，形成亞2～4 nm的納米間隙，產(chǎn)生強(qiáng)電磁熱點(diǎn)。類似策略被用于二維銀納米立方體單層、復(fù)合薄膜以及MXene/GO/Ag核–殼異質(zhì)纖維的構(gòu)筑，其中MXene促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移，Ag納米顆粒提供高密度熱點(diǎn)。此外，通過優(yōu)化蒸發(fā)過程可抑制咖啡環(huán)效應(yīng)，獲得均一三維超晶格結(jié)構(gòu)。

總體而言，界面組裝在空間精度、結(jié)構(gòu)均一性和信號增強(qiáng)方面優(yōu)勢突出，但在大面積制備、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及多相體系操控方面仍存在挑戰(zhàn)。未來研究應(yīng)聚焦更穩(wěn)健的界面調(diào)控策略、微流控集成及刺激響應(yīng)型界面體系。

分子識別與特異相互作用驅(qū)動組裝

分子識別賦予定向組裝分子尺度的精細(xì)調(diào)控能力。通過靜電作用、配體引導(dǎo)或生物識別體系，可實現(xiàn)納米顆粒間距的精準(zhǔn)控制。例如，通過調(diào)節(jié)樹枝狀高分子濃度或配體類型，可獲得亞2～5 nm的可控納米間隙（圖4C）。生物識別體系（如鏈霉親和素–生物素）可實現(xiàn)紙基或膜基底上金納米顆粒的定向排列。表面潤濕性調(diào)控、量子點(diǎn)與介孔載體的組裝以及離子誘導(dǎo)聚集等策略，也為構(gòu)筑功能化熱點(diǎn)結(jié)構(gòu)提供了簡便途徑。

該類方法在可編程性、材料通用性及生物識別方面優(yōu)勢明顯，但仍受限于分子連接體穩(wěn)定性、空間位阻效應(yīng)及體系復(fù)雜度。未來需發(fā)展更穩(wěn)定的連接化學(xué)、刺激響應(yīng)型分子橋及計算輔助設(shè)計方法。

異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑

異質(zhì)結(jié)構(gòu)通過界面工程整合等離激元增強(qiáng)、催化活性和分子識別功能，是突破單一材料性能瓶頸的關(guān)鍵策略。該多界面協(xié)同機(jī)制為新一代高靈敏、高穩(wěn)定檢測平臺奠定基礎(chǔ)。

等離激元異質(zhì)結(jié)在SERS中表現(xiàn)突出，通過電磁–電荷轉(zhuǎn)移耦合顯著提升信號強(qiáng)度。多組分結(jié)構(gòu)（如MXene、半導(dǎo)體、貴金屬復(fù)合體系）在增強(qiáng)因子、抗氧化性和柔性適配方面表現(xiàn)優(yōu)異，但在結(jié)構(gòu)–性能定量關(guān)聯(lián)及規(guī)?；苽浞矫嫒悦媾R挑戰(zhàn)

催化型異質(zhì)結(jié)構(gòu)將目標(biāo)富集與信號放大相結(jié)合，通過磁分離、類酶催化和比色/光學(xué)讀出實現(xiàn)高效檢測。單原子納米酶和雙金屬結(jié)構(gòu)在催化性能上優(yōu)勢明顯，但穩(wěn)定性和成本仍制約其應(yīng)用。

熒光異質(zhì)結(jié)構(gòu)通過載體工程和比率型設(shè)計提升信號穩(wěn)定性與定量可靠性。MOFs、量子點(diǎn)和復(fù)合微球等體系在多通道檢測中表現(xiàn)突出，但仍需解決能量傳遞效率和結(jié)構(gòu)一致性問題。

總體來看，異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計已從經(jīng)驗合成走向精密工程，但在成本、穩(wěn)定性和產(chǎn)業(yè)化方面仍需突破。

圖4 （A）受馬朗戈尼效應(yīng)驅(qū)動，金納米顆粒（AuNPs）組裝成致密緊密堆積的單層；（B）利用油–水界面組裝制備均勻的金-銀（Au@Ag）復(fù)合薄膜；（C）功能基團(tuán)誘導(dǎo)下顆粒狀球面多面體組裝，形成三維空腔狀金納米囊，可用于捕獲PS顆粒

03

檢測性能優(yōu)化

多靶標(biāo)檢測能力

多靶標(biāo)檢測平臺旨在實現(xiàn)多分析物的同步檢測，同時降低樣品消耗和操作復(fù)雜度?，F(xiàn)有策略主要包括空間分隔、光譜區(qū)分、分子識別及其組合模式。

空間分隔策略通過物理隔離消除信號串?dāng)_，廣泛應(yīng)用于側(cè)向?qū)游龊臀⒘骺叵到y(tǒng)中，可實現(xiàn)多毒素或多病原體的可視化檢測（圖5A）。但隨著檢測靶標(biāo)數(shù)量增加，器件尺寸和制備復(fù)雜度顯著上升。

光譜區(qū)分策略依托拉曼指紋或熒光發(fā)射差異實現(xiàn)多重檢測，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法解析重疊信號，在理論多重能力上具有明顯優(yōu)勢，但對材料一致性和算法可靠性要求較高。

信號維度解卷積與分子工程通過適配體、抗體及智能納米材料實現(xiàn)高特異性識別與信號調(diào)控，可實現(xiàn)并行或廣譜檢測，但在生物體系穩(wěn)定性和成本方面仍存在挑戰(zhàn)。

此外，時間分辨檢測和多模態(tài)融合策略為復(fù)雜應(yīng)用場景提供補(bǔ)充方案，但系統(tǒng)復(fù)雜度較高，限制了現(xiàn)場應(yīng)用。

綜合性能優(yōu)化

超靈敏多靶標(biāo)檢測依賴于高密度電磁熱點(diǎn)的精準(zhǔn)構(gòu)筑。通過樹枝狀結(jié)構(gòu)、生物仿生組裝、三維超晶格及動態(tài)可調(diào)納米間隙設(shè)計，可實現(xiàn)fM級甚至更低檢測限（圖5B）。同時，樣品前處理、分子識別、表面鈍化、內(nèi)標(biāo)校準(zhǔn)及智能算法協(xié)同應(yīng)用，有效克服復(fù)雜基質(zhì)干擾，實現(xiàn)真實樣品中的高保真檢測。

總體而言，多靶標(biāo)檢測正由單一策略向空間、光譜、分子與材料智能協(xié)同的融合設(shè)計演進(jìn)，其能否實現(xiàn)實際轉(zhuǎn)化，取決于標(biāo)準(zhǔn)化制備、算法穩(wěn)健性及模塊化平臺的發(fā)展。

功能適應(yīng)性

多靶標(biāo)傳感的實際應(yīng)用對基底柔性和數(shù)據(jù)解析能力提出了更高要求。柔性平臺可實現(xiàn)非破壞、原位采樣。例如，PDMS 等離激元薄膜可貼合植物表面，結(jié)合手持設(shè)備實現(xiàn)原位檢測，靈敏度可達(dá)阿摩爾級（10?1? mol/L）（圖5C）。

此外，具有超潤濕圖案的柔性海綿基底、負(fù)載AgNPs的吸附棉及紙基平臺，可通過擦拭方式實現(xiàn)農(nóng)殘和污染物的快速現(xiàn)場檢測，并兼容便攜式拉曼系統(tǒng)，在復(fù)雜基質(zhì)中仍可實現(xiàn)多靶標(biāo)分析。

在數(shù)據(jù)處理方面，人工智能（AI），尤其是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），顯著提升了光譜解析能力，可直接從原始SERS光譜中提取特征，避免傳統(tǒng)峰擬合的局限。例如，CNN在病原體識別和農(nóng)藥定量中表現(xiàn)出更高準(zhǔn)確率和更寬線性范圍，并支持復(fù)雜樣品的多重檢測。

為實現(xiàn)多分析物的高特異性同步檢測，研究者通過表面化學(xué)調(diào)控、復(fù)合材料設(shè)計和空間分離策略降低交叉干擾，如pH響應(yīng)型納米酶陣列、復(fù)合吸附材料及磁珠/膜分區(qū)設(shè)計等。這些策略顯著提升了多靶標(biāo)檢測的選擇性和基質(zhì)適應(yīng)性。

盡管取得顯著進(jìn)展，多靶標(biāo)SERS仍面臨大規(guī)模制備一致性、模型數(shù)據(jù)依賴性及柔性基底長期穩(wěn)定性等挑戰(zhàn)。未來需發(fā)展可規(guī)?；{米制造、低數(shù)據(jù)依賴 AI 模型及多模態(tài)檢測策略，以推動其現(xiàn)場應(yīng)用。

圖5 （A）多重側(cè)流免疫測定（mLFA）示意圖，用于同時檢測真菌毒素：DON、ZEN和AFB1；（B）nMGSs的形貌、對應(yīng)的電磁場增強(qiáng)分布及由此產(chǎn)生的SERS信號放大效果；（C）柔性等離子體薄膜的性能表征

04

多重檢測平臺的應(yīng)用

SERS檢測平臺

SERS由于其指紋特異性、響應(yīng)快速及現(xiàn)場應(yīng)用潛力，已成為農(nóng)產(chǎn)品多重檢測的重要工具。近年來，通過構(gòu)建柔性、可擦拭基底及復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對農(nóng)藥、獸藥、毒素和重金屬的高靈敏檢測。

柔性SERS基底（如PDMS或棉纖維@AgNPs）可貼合水果和蔬菜表面，實現(xiàn)超痕量農(nóng)藥檢測，檢測限遠(yuǎn)低于法規(guī)要求（圖6A）。在動物源性食品中，復(fù)合等離激元基底可實現(xiàn)多種獸藥的同步定量分析。

此外，SERS在重金屬、真菌毒素及病原菌檢測中同樣表現(xiàn)出高靈敏度和良好重復(fù)性。

總體而言，SERS平臺在多靶標(biāo)農(nóng)業(yè)檢測中兼具高靈敏、快速和低成本優(yōu)勢，但仍需進(jìn)一步解決復(fù)雜基質(zhì)干擾和現(xiàn)場一致性問題。

熒光多重檢測平臺

熒光檢測因其靈敏度高、可多通道編碼，在農(nóng)產(chǎn)品安全檢測中得到廣泛應(yīng)用。通過整合量子點(diǎn)、MOFs、碳點(diǎn)等發(fā)光納米材料與抗體、適配體等識別元件，可實現(xiàn)農(nóng)藥、霉菌毒素、獸藥和病原體的同步檢測（圖6B）。

多色量子點(diǎn)編碼、比率型熒光及側(cè)向?qū)游黾夹g(shù)顯著提升了檢測通量和可靠性，并推動了便攜化和可視化檢測的發(fā)展。

然而，熒光平臺仍受限于基質(zhì)效應(yīng)、探針穩(wěn)定性及成本問題，亟需在復(fù)雜樣品中進(jìn)一步驗證。

圖6 （A）Au@AgNPs-Bi2WO6薄膜示意圖，用于農(nóng)藥和獸藥檢測；（B）利用交通信號燈式熒光側(cè)流免疫測定（T-FLFIA）對蘋果和豇豆中的CTN、PBZ和FIP進(jìn)行同時定量檢測

比色與吸收光譜檢測平臺

比色和吸收光譜方法依托納米酶活性和等離激元效應(yīng)，實現(xiàn)了無需復(fù)雜儀器的多靶標(biāo)檢測。通過構(gòu)建納米酶陣列、AuNP/AgNP顏色響應(yīng)體系及傳感陣列，可對多種農(nóng)藥、重金屬和食品新鮮度指標(biāo)進(jìn)行快速區(qū)分。

此類平臺成本低、操作簡便，適用于現(xiàn)場篩查，但在定量精度和高選擇性方面仍存在挑戰(zhàn)。

多模態(tài)協(xié)同光譜檢測平臺

多模態(tài)平臺通過整合SERS、熒光、比色、電化學(xué)等技術(shù)，實現(xiàn)信號互補(bǔ)和交叉驗證，大幅提升檢測可靠性。例如，顏色篩查結(jié)合SERS定量，或雙/三信號自校準(zhǔn)體系，可有效降低誤判率。

盡管多模態(tài)系統(tǒng)在靈敏度和準(zhǔn)確性方面優(yōu)勢明顯，但其系統(tǒng)復(fù)雜度和集成成本仍限制了大規(guī)模應(yīng)用。

05

Summary and Outlook

總體來看，可控制備、柔性基底、AI光譜解析和多模態(tài)融合是推動多靶標(biāo)光學(xué)檢測平臺走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵。未來研究應(yīng)聚焦于：1）可規(guī)?；{米制造；2）高穩(wěn)定、可再生傳感基底；3）低數(shù)據(jù)依賴的智能算法；4）面向現(xiàn)場的一體化檢測系統(tǒng)。這些進(jìn)展將加速光學(xué)多重檢測平臺在農(nóng)業(yè)安全、食品質(zhì)量和環(huán)境監(jiān)測中的落地應(yīng)用。

Optical probe based multiplex monitoring platforms for agricultural products: detection strategies from fabrication to spectroscopic applications

En Yang1, Zhihao Mu1, Peizhi Li, Menglong Liu, Wei Ma*

State Key Laboratory of Food Science and Resources, School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi, 214122, China

1 En Yang and Zhihao Mu contributed equally to this article.

*Corresponding author.

Abstract

The advancement of multiplex detection platforms represents a critical frontier in precision diagnostics and environmental monitoring, driven by nanoscale fabrication and spectroscopic innovations. However, traditional single-analyte methods remain inadequate for complex real-world matrices where multiple analytes coexist. This review systematically deconstructs recent progress in integrated sensing systems through 3 core technical dimensions: 1) Fabrication and heterostructure assembly, where controlled synthesis (templating, kinetic regulation, phase engineering), directed assembly (interfacial effects, biological programming), and heterostructure design (plasmonic-catalytic-porous synergies) enable electromagnetic hotspot generation, signal amplification, and selective enrichment; 2) Performance enhancement, leveraging engineered interfaces for specificity, nanostructures for ultrasensitive amplification, deep learning-aided spectral decoding, and matrix interference suppression; and 3) Cross-platform applications, spanning surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) (flexible substrates, composites), fluorescence, and colorimetric sensors (nanozymes, portable assays) for multi-target detection in fields like agricultural monitoring. Despite attomolar sensitivity and field-deployable advances, persistent challenges include the “trilemma” of functionality-robustness-scalability trade-offs, material stability, reproducible fabrication, and real-sample validation. By critically evaluating these mechanisms and limitations, this work provides a theoretical blueprint for next-generation intelligent detection platforms and prioritizes future research toward modular designs, multimodal synergy, and scalable manufacturing.

Reference:

Yang, E., Mu, Z., Li, P. et al. Optical probe based multiplex monitoring platforms for agricultural products: detection strategies from fabrication to spectroscopic applications. Agric. Prod. Process. Sto. 2, 6 (2026). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00040-6

翻譯：王小云（實習(xí)）

編輯：梁安琪；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片來源：攝圖網(wǎng)

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