DOI: https://doi.org/10.2147/nsa.s558176
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41867317
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Temitope R. Fagbohun وآخرون
الموضوع الرئيسي: السموم الفطرية في الزراعة والغذاء
نظرة عامة
تتناول المراجعة المنهجية القضية الحرجة المتعلقة بسلامة الغذاء فيما يتعلق بالأفلاتوكسينات (AFs)، وهي نواتج سامة تنتجها *Aspergillus flavus* و *A. parasiticus*. تعتبر طرق الكشف التقليدية، على الرغم من دقتها، غير عملية غالبًا في البيئات ذات الموارد المحدودة بسبب تعقيدها ومتطلبات الوقت. تركز هذه المراجعة على التقدمات الحديثة في استراتيجيات الكشف المعتمدة على الجسيمات النانوية للأفلاتوكسينات، مع تسليط الضوء على إمكانياتها لتعزيز مراقبة سلامة الغذاء. تم تحليل ما مجموعه 38 دراسة نشرت بين عامي 2010 و2023، وكشفت أن الجسيمات النانوية الذهبية (AuNPs) فعالة بشكل خاص بسبب خصائصها المواتية، حيث حققت حد الكشف (LOD) للأفلاتوكسين B1 (AFB1) يصل إلى 0.24 pg/mL. كما أظهرت مواد نانوية أخرى، بما في ذلك الهياكل القائمة على الكربون، أداءً تحليليًا كبيرًا.
على الرغم من النتائج الواعدة، فإن التحديات مثل قابلية التوسع، وإعادة الإنتاج، والموافقة التنظيمية تعيق انتقال هذه التقنيات من البحث إلى التطبيق العملي. تؤكد المراجعة على الحاجة إلى التحقق الدقيق من طرق الكشف المعتمدة على الجسيمات النانوية بموجب بروتوكولات موحدة والانخراط المبكر مع الجهات التنظيمية لسلامة الغذاء لتسهيل دمجها في أطر المراقبة الحالية. علاوة على ذلك، تم الإشارة إلى إمكانيات الذكاء الاصطناعي (AI) لتعزيز هذه الأنظمة للكشف، مما يشير إلى أن دمج الذكاء الاصطناعي مع اختبارات الجسيمات النانوية يمكن أن يؤدي إلى مراقبة آلية في الوقت الحقيقي لتلوث الأفلاتوكسين، مما يحسن إدارة سلامة الغذاء ونتائج الصحة العامة على مستوى العالم.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على القضية العالمية الحرجة المتعلقة بسلامة الغذاء، وخاصة فيما يتعلق بالتلوث بواسطة الميكوتوكسينات، وهي نواتج فطرية سامة تشكل مخاطر صحية خطيرة، بما في ذلك آثار مسرطنة وضعف المناعة. تم تحديد الأفلاتوكسينات (AFs)، وخاصة الأفلاتوكسين B1 (AFB1)، كعوامل مساهمة كبيرة في سرطان الكبد الخلوي وتنتشر في الغذاء والعلف في جميع أنحاء العالم. العواقب الاجتماعية والاقتصادية لتلوث الأفلاتوكسين كبيرة، خاصة في البلدان ذات الدخل المنخفض والمتوسط، حيث تؤدي إلى خسائر في السوق وتهدد الأمن الغذائي.
تؤكد الورقة على قيود طرق الكشف التقليدية عن الأفلاتوكسينات، مثل التقنيات الكروماتوغرافية والاختبارات المناعية، التي غالبًا ما تكون مكلفة ومعقدة، مما يعيق تطبيقها في البيئات ذات الموارد المحدودة. في المقابل، تقدم التقدمات في تكنولوجيا النانو حلولًا واعدة للكشف عن الأفلاتوكسينات، مستفيدة من الخصائص الفريدة للجسيمات النانوية لتعزيز الحساسية والسرعة وقابلية النقل. تركز المراجعة على التطورات الحديثة (2010-2023) في تقنيات الكشف المعتمدة على الجسيمات النانوية عبر مصفوفات غذائية متنوعة، بما في ذلك الحبوب ومنتجات الألبان، بينما تتناول أيضًا التحديات القائمة في قابلية التوسع والموافقة التنظيمية. تهدف النتائج إلى إبلاغ المعنيين في علوم الغذاء والصحة العامة حول التقدمات المعاصرة والاتجاهات البحثية المستقبلية في مراقبة سلامة الغذاء.
الطرق
تتبع المراجعة المنهجية الموضحة في هذا القسم الإرشادات الدولية لتجميع الأدلة وتم تسجيلها في PROSPERO (رقم التسجيل: CRD42023478790). لم تكن الموافقة الأخلاقية ضرورية حيث قامت الدراسة بتجميع الأدبيات الموجودة، وتبعت تقارير البيانات إرشادات PRISMA 2020 لضمان الشفافية وإمكانية إعادة الإنتاج.
تسلط المراجعة الضوء على التقدمات الكبيرة في الكشف عن الأفلاتوكسينات (AFs)، مع عرض تحسين الحساسية والخصوصية في الطرق التحليلية. تشمل التقنيات البارزة نهجًا يعتمد على الأجسام المضادة الأحادية الذي حقق حد الكشف (LOD) قدره 0.03 ng/mL للأفلاتوكسين B1، وطريقة عمود اختبار مناعي متقدمة وصلت إلى حد كشف غير مسبوق قدره \(1.6 \times 10^{-21}\) g/L للأفلاتوكسين M1 في الحليب. أظهرت طرق الكشف المعتمدة على الجسيمات النانوية أداءً تحليليًا عاليًا، مع حدود كشف تتراوح من بيكوغرام لكل ملليلتر إلى فيمتوغرام لكل ملليلتر، ودقة قوية تشير إليها الانحرافات المعيارية النسبية التي تقل عن 10%. تناقش المراجعة أيضًا مجموعة من المنهجيات، بما في ذلك الكروماتوغرافيا السائلة، والاختبارات المناعية، والتقنيات المعززة بالجسيمات النانوية، مع التأكيد على موثوقيتها وارتباطها القوي بالطرق المعتمدة. هذه الابتكارات حاسمة لضمان سلامة الغذاء، خاصة في المنتجات المعرضة لتلوث الأفلاتوكسين، مثل الفول السوداني والحبوب ومنتجات الألبان.
النتائج
في هذه الدراسة، تم إجراء مراجعة منهجية لتقييم تطبيق المواد النانوية في الكشف عن الأفلاتوكسينات (AF) في الغذاء. في البداية، تم استرجاع 601 مقالة من قواعد بيانات متنوعة، بما في ذلك PubMed وScopus وWeb of Science وEmbase. بعد إزالة التكرارات، تم فحص 554 سجلًا، مما أدى إلى استبعاد 300 مقالة لم تتعلق بكشف الأفلاتوكسينات في الغذاء. من بين 254 مقالة نصية كاملة المتبقية، تم استبعاد 153 لعدم استخدام المواد النانوية، وتم استبعاد 63 إضافية لعدم وجود بيانات حساسية الكشف. في النهاية، استوفت 38 دراسة معايير الإدراج للتجميع النوعي.
شملت الاختيارات النهائية للمقالات دراسات نشرت من 2011 إلى 2023، مع تركيز ملحوظ من المنشورات في السنوات الأخيرة. أبرز التحليل أن الجسيمات النانوية الأكثر استخدامًا للكشف عن الأفلاتوكسينات كانت الجسيمات النانوية الذهبية، وأنابيب الكربون النانوية، والنقاط الكمومية. أظهرت هذه المواد النانوية تحسينًا كبيرًا في حد الكشف (LOD)، يتراوح من $1.6 \times 10^{-15}$ إلى $0.03 \, \text{ng/mL}$.
المناقشة
تقوم المراجعة المنهجية المقدمة في هذا القسم بتقييم التقدمات في الطرق المعتمدة على الجسيمات النانوية للكشف عن الأفلاتوكسينات (AFs) في مصفوفات غذائية متنوعة من 2011 إلى 2023. باستخدام إرشادات PRISMA، تشمل المراجعة بحثًا شاملاً في الأدبيات عبر قواعد البيانات الرئيسية، مع تحديد 38 دراسة ذات صلة تسلط الضوء على فعالية الجسيمات النانوية المختلفة، بما في ذلك الجسيمات النانوية الذهبية (AuNPs)، والجسيمات النانوية المغناطيسية (MNPs)، وأنابيب الكربون النانوية (CNTs)، والنقاط الكمومية (QDs). تؤكد المراجعة على تطور ملحوظ في تطبيق تكنولوجيا النانو، مع تحول من الجسيمات النانوية التقليدية إلى مواد أكثر تقدمًا مثل الجسيمات النانوية ذات التحويل العلوي (UCNPs) والخرز النانوي متعدد الوظائف في السنوات الأخيرة.
تشير النتائج الرئيسية إلى أن حساسية هذه الطرق للكشف أمر حاسم لسلامة الغذاء، مع حدود كشف (LOD) تم الإبلاغ عنها تصل إلى 9 pg/mL للأفلاتوكسين B1، مما يظهر قدرة هذه التقنيات على تحديد الملوثات الضارة عند مستويات ضئيلة. تؤكد المراجعة على أهمية الخصوصية في طرق الكشف، خاصة في مصفوفات غذائية معقدة، لتقليل الإيجابيات الكاذبة. أظهرت تقنيات مثل تشتت رامان المعزز على السطح (SERS) وانتقال الطاقة بت resonance Förster (FRET) خصوصية عالية، مما يعزز موثوقية النتائج. بشكل عام، توضح تجميع هذه الدراسات الدور الكبير لطرق الكشف المعتمدة على الجسيمات النانوية في تحسين مراقبة سلامة الغذاء والامتثال التنظيمي.
القيود
تسلط قيود المراجعة الضوء على عدة تحيزات حرجة وتحديات منهجية قد تؤثر على النتائج المتعلقة بطرق الكشف المعتمدة على الجسيمات النانوية للأفلاتوكسينات (AF). بشكل ملحوظ، تم معالجة تحيزات الاختيار والنشر، وخاصة التقليل من الإبلاغ عن النتائج السلبية، من خلال الفحص المستقل والبحث الشامل عبر قواعد بيانات متعددة. ومع ذلك، لا يزال هناك احتمال لوجود تحيز متبقي، وهو ما تم الاعتراف به كقيود. كما أن فعالية هذه الطرق للكشف تتأثر أيضًا بالمواد المتداخلة الموجودة في مصفوفات غذائية معقدة، مما يؤدي إلى تباين في معدلات الاسترداد التي تحد من قابلية تعميم النتائج.
علاوة على ذلك، منعت التباينات الكبيرة بين أنواع الجسيمات النانوية، والمنصات التحليلية، ومصفوفات الغذاء استخدام التحليل الإحصائي الرسمي، مما استلزم تجميعًا وصفيًا للنتائج. كما أن التناقضات في الإبلاغ عن المعلمات التحليلية الرئيسية أعاقت المقارنات المباشرة عبر الدراسات. لتعزيز البحث المستقبلي، يوصي المؤلفون بتوحيد تقارير خصائص الجسيمات النانوية ومقاييس الأداء التحليلي، بالإضافة إلى اعتماد بروتوكولات كشف موحدة. يؤكدون على أهمية التعاون الدولي وجهود التحقق متعددة المختبرات لتحسين قابلية إعادة إنتاج الطرق وقوتها، وهو أمر ضروري لتطوير بروتوكولات مقبولة عالميًا وضمان الكشف الموثوق عن الأفلاتوكسينات عبر سياقات متنوعة.
DOI: https://doi.org/10.2147/nsa.s558176
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41867317
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Temitope R. Fagbohun et al.
Primary Topic: Mycotoxins in Agriculture and Food
Overview
The systematic review addresses the critical issue of food safety concerning aflatoxins (AFs), toxic metabolites produced by *Aspergillus flavus* and *A. parasiticus*. Traditional detection methods, while accurate, are often impractical in resource-limited settings due to their complexity and time requirements. This review focuses on recent advancements in nanoparticle-based detection strategies for AFs, highlighting their potential to enhance food safety monitoring. A total of 38 studies published between 2010 and 2023 were analyzed, revealing that gold nanoparticles (AuNPs) are particularly effective due to their favorable properties, achieving a limit of detection (LOD) for Aflatoxin B1 (AFB1) as low as 0.24 pg/mL. Other nanomaterials, including carbon-based structures, also demonstrated significant analytical performance.
Despite the promising results, challenges such as scalability, reproducibility, and regulatory approval hinder the transition of these technologies from research to practical application. The review emphasizes the need for rigorous validation of nanoparticle-based methods under standardized protocols and early engagement with food safety regulators to facilitate integration into existing surveillance frameworks. Furthermore, the potential of artificial intelligence (AI) to enhance these detection systems is noted, suggesting that combining AI with nanoparticle assays could lead to automated, real-time monitoring of AF contamination, thereby improving food safety management and public health outcomes globally.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical global issue of food safety, particularly concerning contamination by mycotoxins, which are toxic fungal metabolites that pose severe health risks, including carcinogenic effects and immune impairment. Aflatoxins (AFs), especially Aflatoxin B1 (AFB1), are identified as significant contributors to hepatocellular carcinoma and are prevalent in food and feed worldwide. The socioeconomic ramifications of AF contamination are substantial, particularly in low- and middle-income countries, where it leads to market losses and threatens food security.
The paper emphasizes the limitations of conventional aflatoxin detection methods, such as chromatographic techniques and immunoassays, which are often costly and complex, hindering their application in resource-limited settings. In contrast, advancements in nanotechnology present promising solutions for aflatoxin detection, leveraging the unique properties of nanoparticles to enhance sensitivity, speed, and portability. The review focuses on recent developments (2010-2023) in nanoparticle-based detection technologies across various food matrices, including grains and dairy products, while also addressing existing challenges in scalability and regulatory approval. The findings aim to inform stakeholders in food science and public health about contemporary advancements and future research directions in food safety monitoring.
Methods
The systematic review outlined in this section adheres to international guidelines for evidence synthesis and is registered with PROSPERO (Registration No. CRD42023478790). Ethical approval was not necessary as the study synthesized existing literature, and data reporting followed the PRISMA 2020 guidelines to ensure transparency and reproducibility.
The review highlights significant advancements in the detection of aflatoxins (AFs), showcasing improved sensitivity and specificity in analytical methods. Notable techniques include a monoclonal antibody-based approach achieving a limit of detection (LOD) of 0.03 ng/mL for AFB1, and an advanced immunoassay column method that reached an unprecedented LOD of \(1.6 \times 10^{-21}\) g/L for AFM1 in milk. Various nanoparticle-based detection methods demonstrated high analytical performance, with LODs ranging from picogram-per-milliliter to femtogram-per-milliliter levels, and robust precision indicated by relative standard deviations below 10%. The review also discusses a range of methodologies, including liquid chromatography, immunoassays, and nanoparticle-enhanced techniques, emphasizing their reliability and strong correlation with established methods. These innovations are critical for ensuring food safety, particularly in products susceptible to AF contamination, such as peanuts, grains, and dairy.
Results
In this study, a systematic review was conducted to evaluate the application of nanomaterials in the detection of aflatoxins (AF) in food. Initially, 601 articles were retrieved from various databases, including PubMed, Scopus, Web of Science, and Embase. After removing duplicates, 554 records were screened, leading to the exclusion of 300 articles that did not pertain to AF detection in food. From the remaining 254 full-text articles, 153 were discarded for not utilizing nanomaterials, and an additional 63 were excluded for lacking detection sensitivity data. Ultimately, 38 studies met the inclusion criteria for qualitative synthesis.
The final selection of articles included studies published from 2011 to 2023, with a notable concentration of publications in recent years. The analysis highlighted that the most commonly used nanoparticles for AF detection were gold nanoparticles, carbon nanotubes, and quantum dots. These nanomaterials demonstrated a significant improvement in the limit of detection (LOD), ranging from $1.6 \times 10^{-15}$ to $0.03 \, \text{ng/mL}$.
Discussion
The systematic review presented in this section critically evaluates the advancements in nanoparticle-based methods for detecting aflatoxins (AFs) in various food matrices from 2011 to 2023. Utilizing the PRISMA guidelines, the review encompasses a comprehensive literature search across major databases, identifying 38 relevant studies that highlight the effectiveness of different nanoparticles, including gold nanoparticles (AuNPs), magnetic nanoparticles (MNPs), carbon nanotubes (CNTs), and quantum dots (QDs). The review underscores a notable evolution in the application of nanotechnology, with a shift from traditional nanoparticles to more advanced materials such as upconversion nanoparticles (UCNPs) and multifunctional nanobeads in recent years.
Key findings indicate that the sensitivity of these detection methods is critical for food safety, with limits of detection (LOD) reported as low as 9 pg/mL for AFB1, demonstrating the capability of these technologies to identify harmful contaminants at trace levels. The review emphasizes the importance of specificity in detection methods, particularly in complex food matrices, to minimize false positives. Techniques such as surface-enhanced Raman scattering (SERS) and Förster resonance energy transfer (FRET) have shown high specificity, enhancing the reliability of results. Overall, the synthesis of these studies illustrates the significant role of nanoparticle-based detection methods in improving food safety monitoring and regulatory compliance.
Limitations
The limitations of the review highlight several critical biases and methodological challenges that could affect the findings on nanoparticle-based detection methods for aflatoxins (AF). Notably, selection and publication biases, particularly the underreporting of negative results, were addressed through independent screening and comprehensive searches across multiple databases. However, the potential for residual bias remains, which is acknowledged as a limitation. The effectiveness of these detection methods is also compromised by interfering analytes present in complex food matrices, leading to variability in recovery rates that limits the generalizability of results.
Moreover, substantial heterogeneity among nanoparticle types, analytical platforms, and food matrices prevented the use of formal statistical meta-analysis, necessitating a descriptive synthesis of the findings. Inconsistencies in reporting key analytical parameters further hindered direct comparisons across studies. To enhance future research, the authors recommend standardized reporting of nanoparticle characterization and analytical performance metrics, as well as the adoption of harmonized detection protocols. They emphasize the importance of international collaboration and multi-laboratory validation efforts to improve method reproducibility and robustness, which are essential for developing globally accepted protocols and ensuring reliable AF detection across diverse contexts.