水产品作为全球重要的优质蛋白来源，凭借其丰富的蛋白质和Omega-3不饱和脂肪酸，在人类饮食结构中占据关键位置[1]。在中国，水产养殖提供了80%以上的水产品消费量。然而，随着水产养殖业的快速扩张，致病菌、海洋毒素、重金属和微塑料等的污染问题日益凸显，不仅威胁水产生物和水产品安全，更对人类健康和行业可持续发展构成严峻挑战（图1）。针对这一系统问题，还未能提供一套系统有效且与飞速发展的水产养殖需求相匹配的有害物检测与防治方法与技术。
图1水产养殖产品和基质中有害物种的来源、分布和迁移路线示意图。
为应对这些紧迫挑战，形形色色的功能纳米材料近期已被广泛研究，并作为水产养殖中有害污染物检测和清除的重要工具[2]。由于其巨大的比表面积和可调节的物理化学性质，纳米材料可以被设计修饰上抗体、适配体和功能配体，从而在应用中充当指示剂、信号放大器、光催化清洁剂和分离工具等[3-6]。近日，进化所王国庆教授在Engineering杂志发表题为“Enhancing Safety in Aquaculture with Nanostructures: Hazard Detection and Elimination”的综述。该工作首先概述了水产养殖安全面临的挑战及现有解决方案，随后全面分析了各种纳米材料（如金属纳米颗粒、MOF和磁性纳米颗粒）如何被用于检测和清除水产养殖系统及水产品中的有害物质（如海洋毒素、重金属、微塑料和病原菌）。这些纳米材料在提高污染物检测效率的同时，减少了对大型设备的依赖，降低了应用的技术门槛和成本，并为实时监测提供了可能。综述还讨论了将纳米材料功能如何整合到现有水产养殖实践中的问题，强调了纳米材料通过提供快速、灵敏和可持续的检测方案，在危害管理方面的潜力。最后，本文为纳米材料在水产养殖应用中面临的挑战和机遇进行展望，包括人工智能设计功能纳米材料、可持续纳米材料设计与合成、水产养殖中纳米材料应用的标准和法规制定。
王国庆课题组聚焦生物纳米材料的设计合成、性能及其在水产致病因子防控中的应用。此项成果为水产生物安全的理论与技术研究领域进一步凝练了思路，指明了未来发展方向。论文的通讯作者为王国庆教授，第一作者为博士生张青松和硕士生王禧龙。马来西亚登嘉楼大学Li Lian Wong副教授、中国海洋大学水产学院刘士凯教授和新南威尔士大学Ming Li副教授对本文亦有重要贡献。相关工作得到国家自然科学基金等项目资助。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.07.044
参考文献
[1] Kelling I, Carrigan M. Johnson AF. Transforming the seafood supply system: challenges and strategies for resilience. Food Security 2023;15:1585-1591.
[2] Kolupula AK, Gora SP, Bhanu Prakash C, Nagaraju S, Pagala J, et al. Harnessing nanotechnology for advancements in fisheries and aquaculture: a comprehensive review. Proceedings of the Indian National Science Academy 2024.
[3] Xu X, Yang S, Wang Y. Qian K. Nanomaterial-based sensors and strategies for heavy metal ion detection. Green Analytical Chemistry 2022;2:100020.
[4] He Z, Yin H, Chang C, Wang G. Liang X. Interfacing DNA with Gold Nanoparticles for Heavy Metal Detection. Biosensors 2020;10:167.
[5] Khajeh M, Laurent S. Dastafkan K. Nanoadsorbents: classification, preparation, and applications (with emphasis on aqueous media). Chem Reviews 2013;113:7728-7768.
[6] Song C, Zhang J, Jiang X, Gan H, Zhu Y, et al. SPR/SERS dual-mode plasmonic biosensor via catalytic hairpin assembly-induced AuNP network. Biosensors & Bioelectronics 2021;190:113376.
