微流控芯片技術(shù)可以實現(xiàn)從樣品處理到檢測的微型化、自動化、集成化及便攜化，因而在食品安全檢測方面展現(xiàn)出強大的發(fā)展活力。目前微流控芯片技術(shù)在農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、重金屬、食品添加劑等食品安全檢測方面已取得了一系列重要進展。

食品安全分析檢測是控制食品污染的重要手段，傳統(tǒng)檢測技術(shù)往往通過分離技術(shù)結(jié)合檢測儀器對污染物進行定性和定量分析，雖具備一定的優(yōu)勢，但是存在儀器昂貴、需要專業(yè)操作人員、試劑 和樣品消耗量大、靈敏度較低等局限，難以滿足對食品進行現(xiàn)場、實時、快速、微量化、集成化、便 攜化的檢測需要。

1.農(nóng)藥殘留的檢測

農(nóng)殘檢測是食品安全檢測的重點，目前微流控芯片主要用于有機磷類、氨基甲酸酯類、有機氯類、除草劑類等農(nóng)藥殘留的檢測。

圖 1 微流控芯片的主要功能(A)及常見微流控芯片通道結(jié)構(gòu)(B)

1.1 有機磷類農(nóng)殘的檢測

Wang 等設計了一種檢測水中有機磷農(nóng)藥殘留的微流控芯片，這種芯片將毛細管電泳芯片與厚膜測量電流傳感器耦合，其對殺螟松、對氧磷和甲基對硫磷的檢出限分別達到 1. 06，0. 21，0. 4 μg /mL， 檢測時間均小于 140 s; 2004 年，Wang 等設計了一種用于有機磷神經(jīng)毒氣和有機磷農(nóng)殘毒性篩選的微流控芯片，該芯片主要通過前置柱與有機磷水解酶反應，得到的磷酸產(chǎn)物通過電泳分離，并用非接 觸電導檢測。相比于以有機磷水解酶為基礎的生物傳感器，這種新型生物芯片可以方便地區(qū)別單獨的有機磷復合物，并首次實現(xiàn)了非接觸電導檢測儀檢測酶產(chǎn)生的產(chǎn)物。該新型微系統(tǒng)由于具有高速、高 效、樣本小、成本低等優(yōu)勢，可以用于田間有機磷農(nóng)藥和神經(jīng)毒素的篩選。Lee 等在聚二甲基硅氧烷微流控通道上使用共焦增強拉曼光譜對甲基對硫磷進行檢測，檢出限為 0. 1 μg /mL。郭紅斌等利用反應產(chǎn)物對光的吸收原理制作出一種用于檢測有機磷農(nóng)藥的聚二甲基硅氧烷微流控傳感器，該傳感器集成了光纖和用于固定有機磷水解酶的 SU － 8 圓柱，對不同濃度的有機磷農(nóng)藥均具有良好響應。

1.2 氨基甲酸酯類農(nóng)殘的檢測

Smirnova 等設計了一種具有新通道的微流控芯片用于氨基甲酸酯類農(nóng)殘的高效萃取。將西維 因、克百威、殘殺威、蟲威 4 種氨基甲酸酯類殺蟲劑水解成相應的萘酚后，加入對硝基苯、氟硼酸 鹽試劑，再萃取到 1-丁醇中作為有色偶氮衍生物，然后用熱透鏡顯微鏡檢測，檢出限可達 ng 水平，比傳統(tǒng)分光光度方法的檢出限低至少2個數(shù)量級。 Smirnova 等設計了一種集水解、偶氮衍生、 液液萃取、膠束電色譜分離、熱透鏡檢測于一 體的集成硅芯片(圖 2)，用于西維因、克百威、 殘殺威、? 蟲威 4 種氨基甲酸酯類農(nóng)藥的分離檢測。將西維因在堿性介質(zhì)中水解出的 1-萘酚 與三甲基苯胺重氮化，通過甲苯萃取其中的有 色含氮染料，并用熱力透鏡顯微鏡(TLM)檢測， 在 3. 4 × 10 － 7～ 3. 5 × 10 － 6 mol /L 范圍線性較好， 檢出限為 7 × 10 － 8 mol /L。

圖 2 微芯片上西維因的檢測

1.3 有機氯類物質(zhì)的檢測

Khummueng 等設計了一個二維的氣相色譜(GC × GC)雙重檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)將微流體分離設備 連接到平行檢測器上，通過耦合氮磷檢測(NPD)和電子捕獲檢測(ECD)對蔬菜中的多類農(nóng)藥(包括 17 個有機氯農(nóng)藥、15 個有機磷殺蟲劑和 9 個含氮的殺真菌劑)進行檢測。結(jié)果表明農(nóng)藥殘留的分離效率得到了改進，產(chǎn)生了更大的響應，達到了更高的準確度。Aota 等采用多層毛細管柱和微流控液液分 區(qū)對變壓器油中的多氯聯(lián)苯進行預處理，可在 2 min 內(nèi)完成多氯聯(lián)苯的分解及油的分離，得到洗脫液 中的多氯聯(lián)苯濃度顯著高于傳統(tǒng)蒸餾方法。

1.4 除草劑類農(nóng)殘的檢測

Lefévre 等研制了一種以聚二甲基硅氧烷( PDMS) 為基底，以萊茵衣藻( Chlamydomonas reinhardtii)為指示對象，集成了有機二極管(OLED)和有機光電探測器(OPD)的微流控芯片，將其用于水 體中敵草隆的檢測，檢出限達 11 nmol /L。

Islam 等使用標準光刻法設計了一種將毛細管電泳與內(nèi)通道脈沖安培檢測聯(lián)用的微流控芯片， 并將其用于 3 種常見的三嗪類除草劑(莠去津、西瑪津、莠滅凈)的分離和檢測，方法簡單、快速。da Silva 等設計了一個長 150 mm，寬 12 mm，進樣長度 10 mm，分離長度 40 mm 的聚酯碳粉微流控芯 片，結(jié)合電容耦合非接觸電導檢測和電泳分離分析了草甘膦及其主要代謝產(chǎn)物氨甲基膦酸(AMPA)。 在無任何預富集的條件下，對草甘膦和氨甲基膦酸的檢出限分別達 45. 1，70. 5 mol /L，方法簡單、快 速、直接。Wei 等將激光誘導熒光檢測器與微流控芯片電泳結(jié)合，采用一次性環(huán)烯烴共聚物微芯片 和低成本的光誘導熒光檢測器實現(xiàn)了最小化的分析成本，從而建立了一種快速和抗干擾的檢測草甘膦 和草銨膦的方法，成功檢測到 0. 34 μg /L 草甘膦和 0. 18 μg /L 草銨膦。由于這種方法的分析速度快、 抗干擾能力強，被認為是潛在的現(xiàn)場快速篩查水中和農(nóng)產(chǎn)品中除草劑殘留的分析方法，是微流控系統(tǒng) 用于現(xiàn)實分析的一個成功案例。

2.獸藥殘留的檢測

目前，微流控芯片技術(shù)用于抗生素類獸藥殘留檢測的研究較多，如 Fesenko 等使用丙烯酰胺保護菌細胞的活性，從而將活的大腸桿菌固定在生物芯片上用于檢測抗生素。Garcia 等將芯片電泳與脈沖安培檢測相結(jié)合成功檢測了青霉素和氨芐青霉素，檢出限達 5 μmol /L。裴翠錦等采用微流動注射芯片化學發(fā)光法成功地測定了魚蝦中的四環(huán)素殘留，方法的線性范圍為 0. 2 ～ 10 μg /mL，檢出限為 0. 017 μg /mL。Lee 等制備了一種集富集、分離、電化學檢測為一體的用于四環(huán)素系列抗生素檢測 的微流控芯片，對牛肉樣品中四環(huán)素、土霉素、金霉素、強力霉素的檢出限為 1. 5 ～ 4. 3 nmol /L，與傳 統(tǒng)膠束電色譜 － 電化學檢測法相比，靈敏度提高了 10 ～ 900 倍。Lu 等將芯片電泳與激光誘導熒光檢 測相結(jié)合實現(xiàn)了人血清中阿霉素和柔毛霉素的檢測，其線性范圍為 1 ～ 75 μg /mL，檢出限分別為 0. 3， 0. 2 μg /mL

微流控芯片技術(shù)用于激素類獸藥殘留檢測也有較多文獻報道。Karuwan 等開發(fā)了一種微流體與流動注射電化學結(jié)合快速檢測沙丁胺醇的裝置，該裝置由 PDMS 微通道和電化學電極玻璃襯底構(gòu)成， 相比裸電極表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和重復性。大連化物所研究人員將微芯片與共聚焦激光誘導熒光 (LIF)掃描儀集成建立了微流控免疫分析系統(tǒng)，制備出三層結(jié)構(gòu)的微流控芯片，利用抗原抗體特異性反 應，可以實現(xiàn)鹽酸克倫特羅的高通量檢測，達到了較好的檢測靈敏度。萬德慧等以萊克多巴胺印跡 聚合物為識別元件，以微流控芯片為流通反應池，以化學發(fā)光儀作為檢測器，通過流動注射分析檢測 豬肝和牛肉中的萊克多巴胺，其線性范圍為 6 ～ 960 ng /mL。

3.重金屬殘留的檢測

Lu 等以 4-(2-吡啶偶氮)間苯二酚(PAＲ)為金屬絡合劑和顯色劑，與二極管陣列結(jié)合制備了一 種用于檢測 Co2 + ，V3 + ，Ni2 + ，Cu2 + ，F(xiàn)e2 + ，Mn2 + ，Cd2 + 等金屬離子的微流控芯片，各金屬離子的檢 出限分別為 0. 47，0. 97，0. 40，0. 41，1. 00，1. 15，0. 54 μg /mL，檢測時間均小于 65 s。Lichtfouse 等［27］利用魯米諾的發(fā)光性質(zhì)，將光刻法與濕法刻蝕技術(shù)相結(jié)合，使用成本很低的光電探測器，成功研 制出一種將試劑固定在微芯片上，能自動對硝酸鈷進行測定的微流控芯片，檢出限達 3 × 10 － 11 mol /L。 Nogami 等將微流控芯片電泳與化學發(fā)光結(jié)合實現(xiàn)了自來水中銅離子的檢測，檢出限達 7. 5 nmol /L。 Alves － Segundo 等使用發(fā)光二極管和光電二極管，搭配低溫共燒陶瓷，制造了一種以二苯基甲酰胺 作為顯色劑，能連續(xù)流動分析六價鉻的微芯片(圖 3)，六價鉻在 0. 1 ～ 20 mg /L 的范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的 線性關(guān)系，檢出限達 50 μg /L。An 等將兩個移動的海洋浮游植物細胞固定在微流控芯片中，利用細 胞動力作為高通量傳感器的信號，實現(xiàn)了汞、鉛、銅等污染物的快速、簡單、高通量檢測。實驗結(jié)果 證明將幾個靈活、可擴展的功能元件集成在一個芯片設備上，可實現(xiàn)對海洋浮游生物的高通量生物測 定和自動分析，且樣品和時間的消耗更少。

圖 3 重金屬檢測微流控芯片系統(tǒng)

4.食品添加劑的檢測

微流控芯片也可用于食品中著色劑、防腐劑、護色劑、增白劑、漂白劑及香料等食品添加劑的檢測。Law 等首次用傳統(tǒng)毛細管電泳和芯片電泳電容耦合的非接觸電導檢測了苯酸鹽、山梨酸酯兩種 防腐劑和維生素 C，發(fā)現(xiàn)該芯片電泳能極大地減少分析時間，方法對飲料中食品添加劑等的檢出限達 到 3 ～ 10 μg /mL，分析時間小于 50 s。Liu 等通過兩層芯片間夾濾膜的手段發(fā)展了一種真空加速微流 體免疫方法(VAMI)，比傳統(tǒng)的微流體免疫方法具有更高的靈敏度，所需時間更短，對食品中非法添加 物質(zhì)蘇丹紅的檢出限(LOD)為1 ng /mL，總檢測時間為15 min。2007 年，Dossi 等采用芯片電泳與電 化學結(jié)合檢測了軟飲料和糖果中的著色劑顏料黃 AB、新紅、日落黃、新胭脂紅和莧菜紅 5 種偶氮染 料，檢出限分別為 3. 8，3. 4，3. 6，9. 1，15. 1 μmol /L，檢測時間均小于 300 s。Dossi 等設計了一種新型微流控芯片，這種芯片由于通道出口與工作電極之間沒有距離，可以有效防止分析物流出分離通道， 而進入相對較大的檢測池，用于檢測軟飲料和糖果中的著色劑酸性綠 S 和專利藍，檢出限分別為 17，10 μmol /L，線性范圍為 50 ～ 2 000 μmol /L，檢測時間小于 250 s。Lee 等［35］在芯片上設計了 3 條平行通道用 于著色劑艷藍 FCF、靛藍、固綠 FCF、莧菜紅、赤蘚紅、誘惑紅、麗春紅 4Ｒ、酒石黃、日落黃 FCF 的檢 測，檢出限為 1. 0 ～ 5. 0 nmol /L，靈敏度比傳統(tǒng)的膠束電色譜 － 電化學檢測法提高了 10 800 倍。Shiddiky 等將芯片電泳與電化學檢測相結(jié)合實現(xiàn)了水中護色劑———亞硝酸鹽的檢測，檢出限達(0. 09 ± 0. 007) μmol /L。Shiddiky 等將芯片電泳與電化學檢測相結(jié)合實現(xiàn)了火腿中護色劑———亞硝酸鹽的檢測，檢出 限可達(0. 35 ± 0. 05) μg /mL。劉偉采用微流動注射化學發(fā)光法檢測了面粉中的增白劑———過氧化苯甲 酰，檢出限達 0. 4 μg /mL，線性范圍為 0. 8 ～ 100 μg /mL。同樣方法檢測自來水中漂白劑———次氯酸根的 檢出限達 0. 14 μg /mL，線性范圍為 0. 3 ～ 100 μg /mL。Crevillen 等利用碳納米管材料制備微流控裝 置，實現(xiàn)了飲食中的香料、抗氧化劑、水溶性維生素和異黃酮的選擇性分析。相比于未經(jīng)修飾的絲網(wǎng)印 刷電極，多壁碳納米管在食品分析中表現(xiàn)出更快的分離能力和良好的電信號，分辨率提高了 2 個數(shù)量級。

在食品安全領域，人們對食品安全檢測技術(shù)提出了更高的要求。微流控芯片不僅可以用于食品體系中化學有害物質(zhì)的檢測，還可以應用于微生物危害的監(jiān)控及營養(yǎng)物質(zhì)和功能成分的分析，但目前對于實際樣品分析還處于起步階段。隨著芯片研究的深入，未來的微流控芯片發(fā)展一方面將結(jié)合納米技術(shù)、納米材料來擴展檢測的信號范圍和精度，以實現(xiàn)微流控芯片檢測方法時間短、檢測靈敏度高的要求，從而可能在很大程度上改變食品安全檢測領域的研究現(xiàn)狀。另一趨勢是向著小型化、便攜化發(fā)展， 通過將光源、激發(fā)器、分析組件等檢測元件小型化，減小檢測的損耗和體積，發(fā)展出簡易的現(xiàn)場、實時檢測分析系統(tǒng)，向著芯片實驗室的方向發(fā)展。

（文章來源：分析測試學報第 34 卷 第 4 期 doi: 10. 3969 / j. issn. 1004-4957. 2015. 04. 019 科學網(wǎng)科學網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除）