荧光微流控技术在食品安全分析中的应用综述

对于保障食品安全和人体健康的食品和农产品即时诊断（POCT）来说，开发微小、便携的微流控检测装置具有极其重要的意义。荧光微流控技术以其快速、高效的反应效率，以及小巧、便携、可操作和经济等优势，在准确、可靠的食品安全分析方面得到了快速发展。然而，从材料到应用，荧光微流控技术的发展鲜有完整而深入的呈现。



为了解决上述问题，西北农林科技大学食品科学与工程学院季艳伟、王建龙教授在Trends in food science & technology期刊上发表了题为“An overview of fluorescent microfluidics into revealing the mystery of food safety analysis: Mechanisms and recent applications”的综述论文，对荧光微流控芯片在食品安全控制中应用的最新进展进行了综述，并重点总结了荧光微流控芯片的制备材料、荧光传感机理以及其在食品污染物检测中的应用。



图1 不同材料制备的荧光微流控芯片

图2 荧光微流控芯片在农药残留检测中的应用

图3 荧光微流控芯片在抗生素残留检测中的应用

图4 荧光微流控芯片在细菌检测中的应用

快速、准确地监测食品中的有害物质是保障食品安全的必要环节。面对种类繁多、基质复杂的食品样品，如何利用微集成设备实现快速、准确和即时检测，对从农场到餐桌的整个食品生产运输链条至关重要，尤其是在资源有限的偏远地区。

微流控技术作为一门借鉴物理学、化学、纳米技术等领域的新兴技术，为食品安全检测提供了新的途径。荧光信号作为第二个视觉信号，比普通的比色传感更加准确。特别是双信号的荧光比值具有自校正功能，为荧光传感提供了有力保障。

然而，微流控芯片对食品污染物的检测还大多停留在实验室研究阶段，缺乏商业化应用。随着纳米材料、芯片技术、智能手机的发展以及多学科的交叉，基于荧光信号传感的微流控芯片技术在食品检测领域将朝着更高集成度、多分析的方向发展。

首先，根据现有报道，荧光芯片上的微流控技术主要针对单一食品污染物检测。多重检测主要集中在金属离子和抗生素残留方面，但目前对食品中致病菌的多重检测较少。然而，同一种食品基质中很可能含有多种重金属离子、农药残留或致病菌。

因此，开发基于荧光芯片的微流控多重检测策略迫在眉睫。 其次，微流控程序需要使用溶液作为样品，这在检测肉类和谷物等固体物品时造成了一些限制。特别是样品前处理过程的集成还处于初步阶段，需要一个预处理步骤。这与快速检测技术的要求相悖。同时，这阻碍了微流控技术用于实际样品检测的应用和商业化。其次，将多个功能单元（如样品分离和前处理等）集成到微流控芯片中，增加了微流控芯片制备样品的复杂度和成本。为简化样品制备过程，未来的微流控芯片应在保证修饰后的食品过敏原不影响检测结果的同时，限制样品制备步骤，提高检测的准确性。

最后，基于荧光信号传感的微流控检测技术在光学系统的传感和集成方面仍存在局限性。例如，Song等利用自制的带有免疫球和荧光标记的微流控芯片作为信号输出，建立了对金黄色葡萄球菌的捕获。这种荧光标记和计数的方法仍然较为传统，仅依靠肉眼观察。而且，如果免疫球数量过多，可能会导致免疫球多层排列，导致检测结果不准确。因此，开发智能数据集成平台，如结合智能手机APP，可为测试结果的量化分析提供有效支持。

总之，未来的食品检测将朝着便携化、高灵敏度和多样化的方向发展。同时，生物传感器、纳米材料、智能集中分析平台等必须与检测分析技术相结合。因此，随着多学科的发展和学科交叉的深入，微流控与荧光物质的结合将应用于食品供应链的各个环节。微流控技术具有快速、简便、无背景、超灵敏等优点，在未来的食品监测方法中将发挥重要作用。同时，我们也希望食品监测的需求会带动各种纸质检测方法的深入发展，如微流控、免疫检测、微注射器等。最后，我们相信随着纳米材料、微流控等领域的发展，"芯片实验室"将以更小的形式集成更多样的检测分析数据，为食品安全检测保驾护航。

审核编辑：刘清