2.4  非法添加物及摻假的檢測

在利益的驅(qū)使下，不良商家會向食品中添加非法添加物或摻假。他們的方式和手法日趨復(fù)雜，所用的物質(zhì)五花八門。傳統(tǒng)的檢測方法明顯跟不上造假手段的翻新。

可卡因是食品中嚴(yán)令禁止的，為了優(yōu)化食品風(fēng)味，火鍋底料等食品中會添加微量的可卡因。Kawano等用膜蛋白通道結(jié)合DNA適配體檢測可卡因，DNA適配體可以高選擇性地確認(rèn)可卡因分子，可以通過嵌入了生物納米孔的微芯片在60s內(nèi)檢測出300ng/mL的可卡因。

肉制品的檢驗(yàn)是世界各地食品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)基本任務(wù)。到目前為止，肉制品安全檢測最常用的兩種方法是免疫吸附試驗(yàn)法和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法。這兩種方法得到廣泛認(rèn)可，但是不適用于多種肉類樣品的同時檢測，要用來檢測意外污染或蓄意摻假肉類產(chǎn)品需要很高的成本。Iwobi等使用兩個商用動物芯片檢測系統(tǒng)（CarnoCheck檢測試劑盒與MEATspecies液晶陣列），該法靈敏度高、可重復(fù)利用、操作簡便，可高效地同時檢測出8～14種肉類制品中的動物種類。這兩種芯片效果優(yōu)良，可以實(shí)現(xiàn)在任何食品檢測機(jī)構(gòu)中的常規(guī)使用。Roy等用新型電化學(xué)生物傳感器技術(shù)，通過DNA氧化還原的靜電相互作用和分子非特異性地吸附在石墨烯生物芯片上，從而完成對肉種類的鑒定。這些石墨烯生物芯片成本低、快速高效，為肉類摻假造假的監(jiān)管提供了技術(shù)支持。

2.5  轉(zhuǎn)基因食品的檢測

從1994年美國第一個轉(zhuǎn)基因番茄獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)進(jìn)入市場以來，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品在全球飛速發(fā)展。由于轉(zhuǎn)基因食品安全問題爭議很大，目前國際上沒有正式的科學(xué)報告能夠證實(shí)轉(zhuǎn)基因食品是永久安全的，而國際上轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的檢測還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因檢測方法不能滿足同時對多個目標(biāo)進(jìn)行檢測，且準(zhǔn)確性不高。此外，轉(zhuǎn)基因食品中包含某些人們尚未完全認(rèn)識清楚的成分。因此，開發(fā)高效、高通量的檢測技術(shù)是勢在必行的。

Cheng等用薄膜生物傳感器芯片檢測轉(zhuǎn)基因大豆、水稻和玉米，選取9個外源DNA片段作為靶基因，設(shè)計并合成引物及探針，采用PCR技術(shù)擴(kuò)增樣品中的DNA目標(biāo)序列，雜交PCR產(chǎn)物及生物芯片，芯片會直接顯示雜交結(jié)果。該試驗(yàn)方法可以檢測出常見的5種改性植物，高效、準(zhǔn)確、易操作、高通量、實(shí)用且不用使用熒光掃描儀。Gryadunov等用基因芯片及PCR技術(shù)同時檢測10種不同的轉(zhuǎn)基因食品和飼料，該芯片可以檢測植物的DNA，測定植物（大豆、玉米、土豆、水稻）類型，鑒定轉(zhuǎn)基因成分（CaMV35S、FMV35S序列，水稻肌動蛋白為啟動子；NOS、CaMV35S、OCS、豌豆rbcS1為終止子；Bar、GUS以及NPTII為標(biāo)記基因）。因而該芯片可以應(yīng)用于篩選轉(zhuǎn)基因樣品。

VonGotz等研究了DNA微陣列的發(fā)展趨勢。在最近幾年，多重PCR和微陣列技術(shù)的結(jié)合被用來定性評估轉(zhuǎn)基因生物，如德國的DualChipA（R）GMO是唯一一個經(jīng)多中心研究認(rèn)可的轉(zhuǎn)基因篩選系統(tǒng)，通過革新擴(kuò)增技術(shù)，轉(zhuǎn)基因的微陣列檢測正在向定量方向發(fā)展。

2.6  食品過敏原的檢測

食品過敏的發(fā)病率和流行情況日益增加，尤其是在發(fā)達(dá)國家，這給醫(yī)學(xué)和食品工業(yè)造成了巨大的壓力。加上人們現(xiàn)在生活習(xí)慣的改變，飲食面的快速拓寬，使得過敏癥狀多樣、復(fù)雜和嚴(yán)重。在世界各地的過敏專家和商業(yè)公司，致力于開發(fā)新的測試方法，以提高診斷風(fēng)險評估及過敏的早期預(yù)防性治療。

Wang等用光學(xué)薄膜芯片多重檢測食品中8個過敏原（芹菜、杏仁、燕麥、芝麻、芥末、羽扇豆、核桃、榛子），PCR擴(kuò)增之后，用生物芯片檢測，30min即可得出結(jié)果。光學(xué)薄膜芯片可檢測PCR目標(biāo)片段的存在生物，芯片表層光干涉圖樣改變引起肉眼可見的顏色變化。這是一種能特異、高通量檢測食品樣品中過敏原的檢測方法。

Harwanegg等采用復(fù)用芯片免疫檢測分析了牛奶和雞蛋中的過敏原。Pasquariello等用復(fù)用芯片免疫分析檢驗(yàn)致敏性的蘋果，該研究針對10種傳統(tǒng)的蘋果品種和兩種在意大利南部廣泛種植的品種進(jìn)行研究。選取過敏體質(zhì)者血清作為探針，IgE、IgG和IgG4抑制試驗(yàn)在復(fù)用基因芯片上進(jìn)行反應(yīng)，即可得到過敏成分。該技術(shù)可以快速檢測致敏性食物。

3  生物芯片在食品毒理學(xué)研究中的應(yīng)用

食品毒理學(xué)的研究可以檢驗(yàn)和評價食品安全水平，并為此提供了依據(jù)。傳統(tǒng)的食品毒理學(xué)必須通過動物實(shí)驗(yàn)來完成，不僅費(fèi)時費(fèi)力，對動物不仁道，而且人體與動物有很大的差異，結(jié)果不精確。生物芯片解決了該倫理問題，它從分子和細(xì)胞（體外）進(jìn)行研究，可以顯著減少對動物和人類志愿者的測試數(shù)目。

Prot等分析了在含有或不含對乙酰氨基酚的微流控生物芯片內(nèi)培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)圖譜。不含對乙酰氨基酚時，自適應(yīng)細(xì)胞對微流控環(huán)境有所反應(yīng)，即抗氧化應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞保護(hù)途徑的誘導(dǎo)。當(dāng)有對乙酰氨基酚存在時，則會出現(xiàn)鈣穩(wěn)態(tài)的波動、脂質(zhì)過氧化以及細(xì)胞死亡。代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)概況的整合使得對乙酰氨基酚損傷通道的重建更加完整。這是全球第一個微流控生物芯片評估毒性的例子，該試驗(yàn)也表明生物芯片對于毒理學(xué)方面應(yīng)用的潛力。

4  生物芯片在食品與健康研究中的應(yīng)用

利用生物芯片技術(shù)研究營養(yǎng)素與蛋白質(zhì)和基因表達(dá)的關(guān)系，可以為揭示抗病和預(yù)防機(jī)理提供理論依據(jù)。如營養(yǎng)與高血壓、糖尿病和免疫系統(tǒng)的分子水平研究等。Lin等用微流控生物芯片系統(tǒng)對甘油三酯和甲醇進(jìn)行精準(zhǔn)測量，該項(xiàng)技術(shù)可以用于醫(yī)學(xué)快速診斷和食品安全領(lǐng)域。孫麗等通過采用DNA甲基化芯片技術(shù)，檢測出高脂飲食可升高動脈粥樣硬化小鼠基因組DNA甲基化水平，此技術(shù)可從小鼠延伸至研究食品營養(yǎng)與人類健康。

5  生物芯片的展望

生物芯片在潛移默化中為人類生活帶來了一場革命，相比傳統(tǒng)生物技術(shù)，生物芯片有顯著優(yōu)勢，但由于人才、經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)水平等方面的制約，使得生物芯片系統(tǒng)未能廣泛普及。這促使以全新的思維方式對生物芯片進(jìn)行創(chuàng)新和改善，可視芯片技術(shù)就是一項(xiàng)突破，一方面它不需要價格高昂的熒光掃描設(shè)備，另一方面使用快速、便捷，這也是目前生物芯片的發(fā)展方向。馬銳等選用金標(biāo)銀染可視化基因芯片分析豬腹瀉病毒。李永進(jìn)等將堿性磷酸酶與底物之間的酶學(xué)顯色反應(yīng)引入檢測體系使芯片可視化，檢測了9種轉(zhuǎn)基因玉米及棉花、大豆等材料?？梢暬镄酒€可應(yīng)用于基因突變的檢測、工具酶功能鑒定等領(lǐng)域，具有廣泛的發(fā)展市場。

根據(jù)李丫丫等對歐洲專利局PATSTAT數(shù)據(jù)庫中生物芯片相關(guān)專利數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，中國生物芯片技術(shù)引入相較美、日、韓、德、法略晚，目前正處于成長期且芯片技術(shù)軌道趨于穩(wěn)定，技術(shù)主導(dǎo)設(shè)計目前還沒有形成，預(yù)計形成時期將在2022年以后。由于中國芯片技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)能力較弱，從別國借鑒消化水平不高，此外政府投資力度不大，專項(xiàng)資金短缺，故與發(fā)達(dá)國家存在一定的差距。生物芯片在中國有著廣闊的發(fā)展市場和潛在的應(yīng)用前景，相信隨著中國學(xué)者和世界各國學(xué)者的共同努力，生物芯片必將在更多的領(lǐng)域發(fā)揮出其更大的優(yōu)勢。

作者：苗小草，陳萬義，張娟，游春蘋

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