2.4  非法添加物及摻假的檢測

在利益的驅使下，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雜，所用的物質五花八門。傳統(tǒng)的檢測方法明顯跟不上造假手段的翻新。

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

肉制品的檢驗是世界各地食品檢驗機構的一項基本任務。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法和聚合酶鏈式反應法。這兩種方法得到廣泛認可，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，可以實現(xiàn)在任何食品檢測機構中的常規(guī)使用。Roy等用新型電化學生物傳感器技術，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)管提供了技術支持。

2.5  轉基因食品的檢測

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

Cheng等用薄膜生物傳感器芯片檢測轉基因大豆、水稻和玉米，選取9個外源DNA片段作為靶基因，設計并合成引物及探針，采用PCR技術擴增樣品中的DNA目標序列，雜交PCR產(chǎn)物及生物芯片，芯片會直接顯示雜交結果。該試驗方法可以檢測出常見的5種改性植物，高效、準確、易操作、高通量、實用且不用使用熒光掃描儀。Gryadunov等用基因芯片及PCR技術同時檢測10種不同的轉基因食品和飼料，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為標記基因）。因而該芯片可以應用于篩選轉基因樣品。

VonGotz等研究了DNA微陣列的發(fā)展趨勢。在最近幾年，多重PCR和微陣列技術的結合被用來定性評估轉基因生物，如德國的DualChipA（R）GMO是唯一一個經(jīng)多中心研究認可的轉基因篩選系統(tǒng)，通過革新擴增技術，轉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)達國家，這給醫(yī)學和食品工業(yè)造成了巨大的壓力。加上人們現(xiàn)在生活習慣的改變，飲食面的快速拓寬，使得過敏癥狀多樣、復雜和嚴重。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，以提高診斷風險評估及過敏的早期預防性治療。

Wang等用光學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擴增之后，用生物芯片檢測，30min即可得出結果。光學薄膜芯片可檢測PCR目標片段的存在生物，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等采用復用芯片免疫檢測分析了牛奶和雞蛋中的過敏原。Pasquariello等用復用芯片免疫分析檢驗致敏性的蘋果，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行研究。選取過敏體質者血清作為探針，IgE、IgG和IgG4抑制試驗在復用基因芯片上進行反應，即可得到過敏成分。該技術可以快速檢測致敏性食物。

3  生物芯片在食品毒理學研究中的應用

食品毒理學的研究可以檢驗和評價食品安全水平，并為此提供了依據(jù)。傳統(tǒng)的食品毒理學必須通過動物實驗來完成，不僅費時費力，對動物不仁道，而且人體與動物有很大的差異，結果不精確。生物芯片解決了該倫理問題，它從分子和細胞（體外）進行研究，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培養(yǎng)的肝癌細胞的轉錄組、蛋白質組學和代謝組學圖譜。不含對乙酰氨基酚時，自適應細胞對微流控環(huán)境有所反應，即抗氧化應激反應和細胞保護途徑的誘導。當有對乙酰氨基酚存在時，則會出現(xiàn)鈣穩(wěn)態(tài)的波動、脂質過氧化以及細胞死亡。代謝組學、轉錄組和蛋白質組學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，該試驗也表明生物芯片對于毒理學方面應用的潛力。

4  生物芯片在食品與健康研究中的應用

利用生物芯片技術研究營養(yǎng)素與蛋白質和基因表達的關系，可以為揭示抗病和預防機理提供理論依據(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行精準測量，該項技術可以用于醫(yī)學快速診斷和食品安全領域。孫麗等通過采用DNA甲基化芯片技術，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，生物芯片有顯著優(yōu)勢，但由于人才、經(jīng)濟以及技術水平等方面的制約，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行創(chuàng)新和改善，可視芯片技術就是一項突破，一方面它不需要價格高昂的熒光掃描設備，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。馬銳等選用金標銀染可視化基因芯片分析豬腹瀉病毒。李永進等將堿性磷酸酶與底物之間的酶學顯色反應引入檢測體系使芯片可視化，檢測了9種轉基因玉米及棉花、大豆等材料?？梢暬镄酒€可應用于基因突變的檢測、工具酶功能鑒定等領域，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)庫中生物芯片相關專利數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，中國生物芯片技術引入相較美、日、韓、德、法略晚，目前正處于成長期且芯片技術軌道趨于穩(wěn)定，技術主導設計目前還沒有形成，預計形成時期將在2022年以后。由于中國芯片技術的創(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，專項資金短缺，故與發(fā)達國家存在一定的差距。生物芯片在中國有著廣闊的發(fā)展市場和潛在的應用前景，相信隨著中國學者和世界各國學者的共同努力，生物芯片必將在更多的領域發(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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