熒光微流控技術(shù)在食品安全分析中的應(yīng)用綜述

對(duì)于保障食品安全和人體健康的食品和農(nóng)產(chǎn)品即時(shí)診斷（POCT）來說，開發(fā)微小、便攜的微流控檢測(cè)裝置具有極其重要的意義。熒光微流控技術(shù)以其快速、高效的反應(yīng)效率，以及小巧、便攜、可操作和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，在準(zhǔn)確、可靠的食品安全分析方面得到了快速發(fā)展。然而，從材料到應(yīng)用，熒光微流控技術(shù)的發(fā)展鮮有完整而深入的呈現(xiàn)。



為了解決上述問題，西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院季艷偉、王建龍教授在Trends in food science & technology期刊上發(fā)表了題為“An overview of fluorescent microfluidics into revealing the mystery of food safety analysis: Mechanisms and recent applications”的綜述論文，對(duì)熒光微流控芯片在食品安全控制中應(yīng)用的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并重點(diǎn)總結(jié)了熒光微流控芯片的制備材料、熒光傳感機(jī)理以及其在食品污染物檢測(cè)中的應(yīng)用。



圖1 不同材料制備的熒光微流控芯片

圖2 熒光微流控芯片在農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用

圖3 熒光微流控芯片在抗生素殘留檢測(cè)中的應(yīng)用

圖4 熒光微流控芯片在細(xì)菌檢測(cè)中的應(yīng)用

快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)食品中的有害物質(zhì)是保障食品安全的必要環(huán)節(jié)。面對(duì)種類繁多、基質(zhì)復(fù)雜的食品樣品，如何利用微集成設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和即時(shí)檢測(cè)，對(duì)從農(nóng)場(chǎng)到餐桌的整個(gè)食品生產(chǎn)運(yùn)輸鏈條至關(guān)重要，尤其是在資源有限的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

微流控技術(shù)作為一門借鑒物理學(xué)、化學(xué)、納米技術(shù)等領(lǐng)域的新興技術(shù)，為食品安全檢測(cè)提供了新的途徑。熒光信號(hào)作為第二個(gè)視覺信號(hào)，比普通的比色傳感更加準(zhǔn)確。特別是雙信號(hào)的熒光比值具有自校正功能，為熒光傳感提供了有力保障。

然而，微流控芯片對(duì)食品污染物的檢測(cè)還大多停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，缺乏商業(yè)化應(yīng)用。隨著納米材料、芯片技術(shù)、智能手機(jī)的發(fā)展以及多學(xué)科的交叉，基于熒光信號(hào)傳感的微流控芯片技術(shù)在食品檢測(cè)領(lǐng)域?qū)⒊呒啥?、多分析的方向發(fā)展。

首先，根據(jù)現(xiàn)有報(bào)道，熒光芯片上的微流控技術(shù)主要針對(duì)單一食品污染物檢測(cè)。多重檢測(cè)主要集中在金屬離子和抗生素殘留方面，但目前對(duì)食品中致病菌的多重檢測(cè)較少。然而，同一種食品基質(zhì)中很可能含有多種重金屬離子、農(nóng)藥殘留或致病菌。

因此，開發(fā)基于熒光芯片的微流控多重檢測(cè)策略迫在眉睫。 其次，微流控程序需要使用溶液作為樣品，這在檢測(cè)肉類和谷物等固體物品時(shí)造成了一些限制。特別是樣品前處理過程的集成還處于初步階段，需要一個(gè)預(yù)處理步驟。這與快速檢測(cè)技術(shù)的要求相悖。同時(shí)，這阻礙了微流控技術(shù)用于實(shí)際樣品檢測(cè)的應(yīng)用和商業(yè)化。其次，將多個(gè)功能單元（如樣品分離和前處理等）集成到微流控芯片中，增加了微流控芯片制備樣品的復(fù)雜度和成本。為簡(jiǎn)化樣品制備過程，未來的微流控芯片應(yīng)在保證修飾后的食品過敏原不影響檢測(cè)結(jié)果的同時(shí)，限制樣品制備步驟，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

最后，基于熒光信號(hào)傳感的微流控檢測(cè)技術(shù)在光學(xué)系統(tǒng)的傳感和集成方面仍存在局限性。例如，Song等利用自制的帶有免疫球和熒光標(biāo)記的微流控芯片作為信號(hào)輸出，建立了對(duì)金黃色葡萄球菌的捕獲。這種熒光標(biāo)記和計(jì)數(shù)的方法仍然較為傳統(tǒng)，僅依靠肉眼觀察。而且，如果免疫球數(shù)量過多，可能會(huì)導(dǎo)致免疫球多層排列，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，開發(fā)智能數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，如結(jié)合智能手機(jī)APP，可為測(cè)試結(jié)果的量化分析提供有效支持。

總之，未來的食品檢測(cè)將朝著便攜化、高靈敏度和多樣化的方向發(fā)展。同時(shí)，生物傳感器、納米材料、智能集中分析平臺(tái)等必須與檢測(cè)分析技術(shù)相結(jié)合。因此，隨著多學(xué)科的發(fā)展和學(xué)科交叉的深入，微流控與熒光物質(zhì)的結(jié)合將應(yīng)用于食品供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)。微流控技術(shù)具有快速、簡(jiǎn)便、無背景、超靈敏等優(yōu)點(diǎn)，在未來的食品監(jiān)測(cè)方法中將發(fā)揮重要作用。同時(shí)，我們也希望食品監(jiān)測(cè)的需求會(huì)帶動(dòng)各種紙質(zhì)檢測(cè)方法的深入發(fā)展，如微流控、免疫檢測(cè)、微注射器等。最后，我們相信隨著納米材料、微流控等領(lǐng)域的發(fā)展，"芯片實(shí)驗(yàn)室"將以更小的形式集成更多樣的檢測(cè)分析數(shù)據(jù)，為食品安全檢測(cè)保駕護(hù)航。

審核編輯：劉清