微流控芯片技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)從樣品處理到檢測(cè)的微型化、自動(dòng)化、集成化及便攜化，因而在食品安全檢測(cè)方面展現(xiàn)出強(qiáng)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(cè)方面已取得了一系列重要進(jìn)展。

食品安全分析檢測(cè)是控制食品污染的重要手段，傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)往往通過(guò)分離技術(shù)結(jié)合檢測(cè)儀器對(duì)污染物進(jìn)行定性和定量分析，雖具備一定的優(yōu)勢(shì)，但是存在儀器昂貴、需要專(zhuān)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(mǎn)足對(duì)食品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)、快速、微量化、集成化、便 攜化的檢測(cè)需要。

1.農(nóng)藥殘留的檢測(cè)

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

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

1.1 有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)殘的檢測(cè)

Wang 等設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)水中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的微流控芯片，這種芯片將毛細(xì)管電泳芯片與厚膜測(cè)量電流傳感器耦合，其對(duì)殺螟松、對(duì)氧磷和甲基對(duì)硫磷的檢出限分別達(dá)到 1. 06，0. 21，0. 4 μg /mL， 檢測(cè)時(shí)間均小于 140 s; 2004 年，Wang 等設(shè)計(jì)了一種用于有機(jī)磷神經(jīng)毒氣和有機(jī)磷農(nóng)殘毒性篩選的微流控芯片，該芯片主要通過(guò)前置柱與有機(jī)磷水解酶反應(yīng)，得到的磷酸產(chǎn)物通過(guò)電泳分離，并用非接 觸電導(dǎo)檢測(cè)。相比于以有機(jī)磷水解酶為基礎(chǔ)的生物傳感器，這種新型生物芯片可以方便地區(qū)別單獨(dú)的有機(jī)磷復(fù)合物，并首次實(shí)現(xiàn)了非接觸電導(dǎo)檢測(cè)儀檢測(cè)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(shì)，可以用于田間有機(jī)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(qiáng)拉曼光譜對(duì)甲基對(duì)硫磷進(jìn)行檢測(cè)，檢出限為 0. 1 μg /mL。郭紅斌等利用反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)光的吸收原理制作出一種用于檢測(cè)有機(jī)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(jī)磷水解酶的 SU － 8 圓柱，對(duì)不同濃度的有機(jī)磷農(nóng)藥均具有良好響應(yīng)。

1.2 氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)殘的檢測(cè)

Smirnova 等設(shè)計(jì)了一種具有新通道的微流控芯片用于氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)殘的高效萃取。將西維 因、克百威、殘殺威、蟲(chóng)威 4 種氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑水解成相應(yīng)的萘酚后，加入對(duì)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(cè)，檢出限可達(dá) ng 水平，比傳統(tǒng)分光光度方法的檢出限低至少2個(gè)數(shù)量級(jí)。 Smirnova 等設(shè)計(jì)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(cè)于一 體的集成硅芯片(圖 2)，用于西維因、克百威、 殘殺威、? 蟲(chóng)威 4 種氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥的分離檢測(cè)。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(guò)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(cè)， 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(cè)

1.3 有機(jī)氯類(lèi)物質(zhì)的檢測(cè)

Khummueng 等設(shè)計(jì)了一個(gè)二維的氣相色譜(GC × GC)雙重檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將微流體分離設(shè)備 連接到平行檢測(cè)器上，通過(guò)耦合氮磷檢測(cè)(NPD)和電子捕獲檢測(cè)(ECD)對(duì)蔬菜中的多類(lèi)農(nóng)藥(包括 17 個(gè)有機(jī)氯農(nóng)藥、15 個(gè)有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑和 9 個(gè)含氮的殺真菌劑)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明農(nóng)藥殘留的分離效率得到了改進(jìn)，產(chǎn)生了更大的響應(yīng)，達(dá)到了更高的準(zhǔn)確度。Aota 等采用多層毛細(xì)管柱和微流控液液分 區(qū)對(duì)變壓器油中的多氯聯(lián)苯進(jìn)行預(yù)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(lèi)農(nóng)殘的檢測(cè)

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(duì)象，集成了有機(jī)二極管(OLED)和有機(jī)光電探測(cè)器(OPD)的微流控芯片，將其用于水 體中敵草隆的檢測(cè)，檢出限達(dá) 11 nmol /L。

Islam 等使用標(biāo)準(zhǔn)光刻法設(shè)計(jì)了一種將毛細(xì)管電泳與內(nèi)通道脈沖安培檢測(cè)聯(lián)用的微流控芯片， 并將其用于 3 種常見(jiàn)的三嗪類(lèi)除草劑(莠去津、西瑪津、莠滅凈)的分離和檢測(cè)，方法簡(jiǎn)單、快速。da Silva 等設(shè)計(jì)了一個(gè)長(zhǎng) 150 mm，寬 12 mm，進(jìn)樣長(zhǎng)度 10 mm，分離長(zhǎng)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(dǎo)檢測(cè)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(wú)任何預(yù)富集的條件下，對(duì)草甘膦和氨甲基膦酸的檢出限分別達(dá) 45. 1，70. 5 mol /L，方法簡(jiǎn)單、快 速、直接。Wei 等將激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)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(dǎo)熒光檢測(cè)器實(shí)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(cè)草甘膦 和草銨膦的方法，成功檢測(cè)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(qiáng)，被認(rèn)為是潛在的現(xiàn)場(chǎng)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(shí)分析的一個(gè)成功案例。

2.獸藥殘留的檢測(cè)

目前，微流控芯片技術(shù)用于抗生素類(lèi)獸藥殘留檢測(cè)的研究較多，如 Fesenko 等使用丙烯酰胺保護(hù)菌細(xì)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(cè)抗生素。Garcia 等將芯片電泳與脈沖安培檢測(cè)相結(jié)合成功檢測(cè)了青霉素和氨芐青霉素，檢出限達(dá) 5 μmol /L。裴翠錦等采用微流動(dòng)注射芯片化學(xué)發(fā)光法成功地測(cè)定了魚(yú)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(xué)檢測(cè)為一體的用于四環(huán)素系列抗生素檢測(cè) 的微流控芯片，對(duì)牛肉樣品中四環(huán)素、土霉素、金霉素、強(qiáng)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(xué)檢測(cè)法相比，靈敏度提高了 10 ～ 900 倍。Lu 等將芯片電泳與激光誘導(dǎo)熒光檢 測(cè)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了人血清中阿霉素和柔毛霉素的檢測(cè)，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(lèi)獸藥殘留檢測(cè)也有較多文獻(xiàn)報(bào)道。Karuwan 等開(kāi)發(fā)了一種微流體與流動(dòng)注射電化學(xué)結(jié)合快速檢測(cè)沙丁胺醇的裝置，該裝置由 PDMS 微通道和電化學(xué)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(fù)性。大連化物所研究人員將微芯片與共聚焦激光誘導(dǎo)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(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)鹽酸克倫特羅的高通量檢測(cè)，達(dá)到了較好的檢測(cè)靈敏度。萬(wàn)德慧等以萊克多巴胺印跡 聚合物為識(shí)別元件，以微流控芯片為流通反應(yīng)池，以化學(xué)發(fā)光儀作為檢測(cè)器，通過(guò)流動(dòng)注射分析檢測(cè) 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(cè)

Lu 等以 4-(2-吡啶偶氮)間苯二酚(PAＲ)為金屬絡(luò)合劑和顯色劑，與二極管陣列結(jié)合制備了一 種用于檢測(cè) 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(cè)時(shí)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(cè)器，成功研 制出一種將試劑固定在微芯片上，能自動(dòng)對(duì)硝酸鈷進(jìn)行測(cè)定的微流控芯片，檢出限達(dá) 3 × 10 － 11 mol /L。 Nogami 等將微流控芯片電泳與化學(xué)發(fā)光結(jié)合實(shí)現(xiàn)了自來(lái)水中銅離子的檢測(cè)，檢出限達(dá) 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(dòng)分析六價(jià)鉻的微芯片(圖 3)，六價(jià)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(dá) 50 μg /L。An 等將兩個(gè)移動(dòng)的海洋浮游植物細(xì)胞固定在微流控芯片中，利用細(xì) 胞動(dòng)力作為高通量傳感器的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了汞、鉛、銅等污染物的快速、簡(jiǎn)單、高通量檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 證明將幾個(gè)靈活、可擴(kuò)展的功能元件集成在一個(gè)芯片設(shè)備上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋浮游生物的高通量生物測(cè) 定和自動(dòng)分析，且樣品和時(shí)間的消耗更少。

圖 3 重金屬檢測(cè)微流控芯片系統(tǒng)

4.食品添加劑的檢測(cè)

微流控芯片也可用于食品中著色劑、防腐劑、護(hù)色劑、增白劑、漂白劑及香料等食品添加劑的檢測(cè)。Law 等首次用傳統(tǒng)毛細(xì)管電泳和芯片電泳電容耦合的非接觸電導(dǎo)檢測(cè)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(shí)間，方法對(duì)飲料中食品添加劑等的檢出限達(dá) 到 3 ～ 10 μg /mL，分析時(shí)間小于 50 s。Liu 等通過(guò)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(shí)間更短，對(duì)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(cè)時(shí)間為15 min。2007 年，Dossi 等采用芯片電泳與電 化學(xué)結(jié)合檢測(cè)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(cè)時(shí)間均小于 300 s。Dossi 等設(shè)計(jì)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(méi)有距離，可以有效防止分析物流出分離通道， 而進(jìn)入相對(duì)較大的檢測(cè)池，用于檢測(cè)軟飲料和糖果中的著色劑酸性綠 S 和專(zhuān)利藍(lán)，檢出限分別為 17，10 μmol /L，線性范圍為 50 ～ 2 000 μmol /L，檢測(cè)時(shí)間小于 250 s。Lee 等［35］在芯片上設(shè)計(jì)了 3 條平行通道用 于著色劑艷藍(lán) FCF、靛藍(lán)、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(cè)，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(xué)檢測(cè)法提高了 10 800 倍。Shiddiky 等將芯片電泳與電化學(xué)檢測(cè)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了水中護(hù)色劑———亞硝酸鹽的檢測(cè)，檢出限達(dá)(0. 09 ± 0. 007) μmol /L。Shiddiky 等將芯片電泳與電化學(xué)檢測(cè)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了火腿中護(hù)色劑———亞硝酸鹽的檢測(cè)，檢出 限可達(dá)(0. 35 ± 0. 05) μg /mL。劉偉采用微流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法檢測(cè)了面粉中的增白劑———過(guò)氧化苯甲 酰，檢出限達(dá) 0. 4 μg /mL，線性范圍為 0. 8 ～ 100 μg /mL。同樣方法檢測(cè)自來(lái)水中漂白劑———次氯酸根的 檢出限達(dá) 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(shí)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(hào)，分辨率提高了 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。

在食品安全領(lǐng)域，人們對(duì)食品安全檢測(cè)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(xué)有害物質(zhì)的檢測(cè)，還可以應(yīng)用于微生物危害的監(jiān)控及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和功能成分的分析，但目前對(duì)于實(shí)際樣品分析還處于起步階段。隨著芯片研究的深入，未來(lái)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(lái)擴(kuò)展檢測(cè)的信號(hào)范圍和精度，以實(shí)現(xiàn)微流控芯片檢測(cè)方法時(shí)間短、檢測(cè)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(cè)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。另一趨勢(shì)是向著小型化、便攜化發(fā)展， 通過(guò)將光源、激發(fā)器、分析組件等檢測(cè)元件小型化，減小檢測(cè)的損耗和體積，發(fā)展出簡(jiǎn)易的現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)檢測(cè)分析系統(tǒng)，向著芯片實(shí)驗(yàn)室的方向發(fā)展。

（文章來(lái)源：分析測(cè)試學(xué)報(bào)第 34 卷 第 4 期 doi: 10. 3969 / j. issn. 1004-4957. 2015. 04. 019 科學(xué)網(wǎng)科學(xué)網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除）