孟 甜

（四川烹飪高等?？茖W校，四川 成都610100）

毒豬油事件、蘇丹紅事件、禽流感事件等食品安全事件的發(fā)生，直接危害了人民群眾的健康安全[1]。目前的食品問題,已不再是以往供應量的問題,而是食品質量問題,食品質量安全問題構成了社會反映強烈的熱點，成為還未解決的全球性難題[2]。食品安全檢測技術是減少食源性疾病的基礎，傳統(tǒng)的檢測技術雖能檢測出有害的不安全因素，但存在操作繁瑣、檢測周期長、靈敏度低等缺點。如何快速準確的檢測食品中有害成分、確保食品安全成為食品安全檢測問題的重中之重[3]。

1 概述

1991年，美國的Affymetrix公司生產(chǎn)出世界上第一塊基因芯片——寡核苷酸基因芯片。1995年，Standford大學應用DNA芯片技術成功檢測了酵母菌的絕大部分eDNA或基因的表達，并完成了1046個人類基因的檢測。1996年，世界上第一塊商業(yè)化DNA芯片的問世，標志著基因芯片技術進入廣泛研究和應用階段[4]。它綜合了分子生物技術、微加工技術、免疫學、計算機等多項技術，使生命科學研究中不連續(xù)的分析過程，集成在芯片上完成，實現(xiàn)樣品檢測分析過程連續(xù)化、集成化、微型化和信息化，生物芯片技術作為一代生物技術，在食品領域中具有廣闊的基礎研究價值和產(chǎn)業(yè)化前景[5]。

1.1 原理

生物芯片技術采用原位合成或微矩陣點樣等方法，將大量生物大分子如核酸片段、多肽片段(甚至組織切片)、細胞等樣品有序地固定在硅膠片或聚丙烯酰胺凝膠等支持物表面，組成密集的二維分子排列，然后與已標記的待測生物樣品中的靶分子雜交，通過特定的儀器(如激光共聚焦掃描）對雜交信號的強度進行快速、并行、高效地檢測分析，判斷樣品中靶分子的數(shù)量，從而達到分析檢測的目的[6]。

1.2 種類

生物芯片種類較多，根據(jù)芯片上固定的探針不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片、組織芯片；根據(jù)原理還可分為元件型微陣列芯片、通道型微陣列芯片、生物傳感芯片等新型生物芯片；以其片基不同分為無機片基和有機合成片基；按其應用不同可分為表達譜芯片、診斷芯片、檢測芯片；按其結構不同可分為DNA陣列和寡核苷酸芯片。目前應用較多、應用范圍較廣為基因芯片和蛋白質芯片。

1.2.1 基因芯片

基因芯片是根據(jù)核酸分子雜交衍生而來，即應用固體基因表面上集成已知序列的基因探針對未知序列的核酸序列進行雜交檢測，樣品與探針雜交后，再通過激光共聚焦熒光檢測系統(tǒng)等對芯片進行掃描，計算機系統(tǒng)對每一探針上的熒光信號作比較和雜交探針位置的檢測，分析并得出結果，從而實現(xiàn)基因信息的快速檢測[7]。

基因芯片的優(yōu)點：可實現(xiàn)微生物的高通量并行檢測，一次實驗可得出全部結果；操作簡便快速，整個檢測只需4h基本可得出結果(而傳統(tǒng)方法一般需4 d-7 d)；特異性強，敏感性高[8]。

1.2.2 蛋白質芯片

蛋白質芯片是利用蛋白質之間的相互作用，對樣本中存在的特定蛋白質進行檢測。即將位置和序列已知的蛋白以預先設計的方式固定在尼龍膜、玻璃、硅片等載體上，組成密集的分子排列，當熒光、免疫金等標記物的靶分子與芯片上的探針分子結合后，通過激光共聚焦掃描或光耦合元件對標記信號的強度進行檢測，從而判斷樣本中靶分子的數(shù)量，以達到一次試驗同時檢測多種疾病或分析多種生物樣品的目的[9]。

蛋白質芯片的優(yōu)點：快速、定量分析大量蛋白質；使用簡單，結果正確率較高，只需少量血樣標本即可進行分析和檢測；采用光敏染料標記，靈敏度高，準確性好；所需試劑少，可直接應用血清樣本，便于診斷，實用性強。

2 應用

2.1 在食源性致病微生物快速檢測中的應用

常見致病微生物如水產(chǎn)品中的霍亂弧菌、副溶血弧菌，奶制品、禽肉及其制品中的單增李斯特菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、SARS病毒、禽流感病毒等均可污染食品，導致多種疾病的爆發(fā)，嚴重威脅人類健康。然而，目前食源性致病微生物檢測方法多為傳統(tǒng)方法(主要是病毒分離培養(yǎng)和電鏡觀察)、免疫檢測方法和以PCR為主的核酸檢測方法，傳統(tǒng)方法需經(jīng)幾天的微生物培養(yǎng)和復雜的計數(shù)，操作繁雜，靈敏度低；免疫檢測法不能同時檢測多種型，很難準確檢定病毒，易造成漏檢，同時靈敏度也不高；而PCR法快速，比前者靈敏，但成本高，假陽性多。這些方法很難滿足食源性病菌檢測的要求。

生物芯片技術具有高通量、高特異性和高靈敏度等優(yōu)點，能滿足食品安全檢測的需求[10]。利用生物芯片進行食源性致病菌檢測，主要包括以下步驟：1）樣品前增菌：傳統(tǒng)的樣品前增菌方法需要48小時甚至更長時間，由于芯片靈敏度較高，常規(guī)的細菌只需培養(yǎng)8小時就可進行檢測；2）核酸提取：采用快速提取方法在30分鐘內就可完成核酸提??；3）核酸擴增：針對芯片的高通量檢測，需建立高效的多重不對稱PCR；4）芯片的雜交及檢測。Wang等開發(fā)出可用于同時檢測13個食源性致病菌的基因芯片技術，該技術檢測靈敏度為l02cfu[]；Appelbaum在對幾種細菌進行鑒別時，兼顧了基因序列的保守性（含有細菌所共有的16S rDNA保守序列）和各菌種間的差異性，設計了一種鑒別診斷芯片不僅敏感度高于傳統(tǒng)方法，而且操作簡單，重復性好。

2.2 在轉基因食品檢測中的應用

隨著基因工程技術的迅速發(fā)展，轉基因食品越來越多地出現(xiàn)在人們面前。但目前國際上還沒有一份嚴肅的科學報告證實轉基因食品永久安全。為加強對轉基因作物以及相關食品的有效監(jiān)管，保障公眾的知情權，需要準確、高效的轉基因食品檢測手段。1999年10月，歐共體公布的轉基因食品檢測方法有酶聯(lián)免疫吸附檢測法和PCR法。但酶聯(lián)免疫吸附檢測法存在加熱可能使某些成分變性的缺點；PCR法受多種因素的影響，容易交叉感染，造成假陽性等缺點，因此這兩種方法有一定的局限性，不適合于對食品中大量不同轉基因成分的快速檢測。

生物芯片具有高通量、可并行檢測的優(yōu)點，僅一個實驗就能篩選出大量各種轉基因食品，被認為是最具潛力的檢測手段之一?；蛐酒瑱z測方法主要包括以下步驟：1）基因芯片的制備：通?？梢詫⒛繕税行蛄?、報告基因、啟動子和終止子序列作為探針，排列在玻璃片或硅片載體上；2）待測樣品的制備：需將待測樣品DNA進行提取、擴增，并進行熒光標記；3）雜交反應：將熒光標記的待測樣品DNA和芯片上的探針進行DNA分子雜交反應；4）對雜交反應后芯片上各個反應點的熒光信號進行檢測，并通過相關軟件進行數(shù)據(jù)分析[12]。劉烜等開發(fā)了檢測轉基因大豆的芯片，Leimanis等采用基因芯片技術同時檢測9種轉基因作物并提出該方法的檢測限為0.1%。

2.3 在獸藥殘留檢測方面的應用

近20年來，獸藥在畜牧業(yè)中應用日益廣泛，但獸藥殘留對人體造成多種危害(包括慢性、遠期和蓄積性等)，如致癌、發(fā)育毒性、體內蓄積、免疫抑制、致敏等。

目前，獸藥殘留常規(guī)檢測方法包括儀器法（如HPLC、GC/MS、LC/MS）、微生物法和酶聯(lián)免疫法（ELISA、膠體金等）。儀器法儀器昂貴、試劑消耗量大、方法復雜、操作煩瑣；微生物法檢測靈敏度低、準確性差、檢測速度慢；酶聯(lián)免疫法可快速、高靈敏度、高準確度地檢測樣品，但每次檢測只能針對單種獸藥，初篩大量樣品和日常監(jiān)測工作則需要更簡便快速的檢測方法。

現(xiàn)已開發(fā)的獸藥殘留蛋白芯片檢測平臺，是根據(jù)抗原和抗體特異性結合的免疫學原理，采用熒光標記免疫競爭法測定樣品中的獸藥殘留含量。通過化學方法在固相基質上固定多種蛋白偶聯(lián)的獸藥，蛋白質偶聯(lián)的獸藥和被檢物中的獸藥與獸藥抗體競爭結合，溶液中未與芯片上蛋白偶聯(lián)體結合的獸藥抗體、游離獸藥及二者的結合物在洗滌步驟中被除去，再加入熒光標記的二抗進行反應，再次洗滌后，通過芯片掃描儀掃描，立即獲得分析結果。結果所反映的現(xiàn)象是熒光強度越高，樣品中的獸藥濃度越低。郭志紅等[13]應用蛋白芯片檢測雞豬組織中磺胺二甲基嘧啶等4種獸藥的殘留，建立了靈敏度高、特異性強、集成化、微型化、高通量、方便快捷的獸藥殘留檢測方法。

2.4 在動物疫病病原菌檢測方面的應用

傳統(tǒng)方法中多是利用免疫學方法或組織學方法對病毒或患病動物進行檢測，檢測指標單一，有時不能確定是何種病原體造成的感染，貽誤治療，造成疾病的傳染。同時，對于大多數(shù)動物疾病而言，目前針對病原體的檢測試劑還相當?shù)纳伲蟛糠值募膊≈荒芡ㄟ^癥狀進行經(jīng)驗判斷。

現(xiàn)已研制出馬病病毒檢測和犬病病毒檢測的基因芯片，該芯片可以同時檢測多種病毒，檢測結果直接反應病毒的有無，直接而準確，且檢測時間短，整個反應只需幾個小時就能得到準確的結果。

2.5 在抗生素耐藥檢測中的應用

隨著抗生素類藥物的廣泛應用，抗生素耐藥問題已經(jīng)成為日益嚴重的問題，而農產(chǎn)品所帶來的耐藥問題也日益突出，目前養(yǎng)殖行業(yè)還缺少對抗生素耐藥檢測的手段，藥物的使用憑借經(jīng)驗用藥和多抗生素混合用藥，而帶來一系列的問題如需要不斷地尋找新藥，用藥成本日益增加，耐藥菌越來越多等。生物芯片技術的產(chǎn)生將會給這個問題的解決帶來新的途徑。

基因芯片技術可從2個方面對病原體耐藥性進行檢測：1)在腫瘤中，通過檢測腫瘤耐藥基因表達變化分析耐藥性；2)在病原體耐藥性中，用表達譜芯片檢測藥物誘導的基因表達改變分析其耐藥性，或用寡核苷酸芯片檢測基因組序列的亞型或突變位點分析其耐藥性[14]。

2.6 在食品安全領域其他方面的應用

在植物檢疫性病原生物和害蟲的檢測方面，有關科學家研究了基因芯片技術在植物病害研究中的應用；也有人分析并預測了基因芯片在檢疫性植物病原細菌、植物病毒、病原真菌、雜草、昆蟲及線蟲檢測等方面的應用前景。

生物芯片技術還可應用于肉制品的動物種類成分鑒別和生物恐怖因子檢測等。

3 技術障礙

鑒于生物芯片所顯示出的巨大潛力和誘人商業(yè)前景，目前世界許多國家和地區(qū)已經(jīng)相繼開展了生物芯片的研制工作，但由于生物芯片應用性能不夠理想而限制了使用。

限制生物芯片臨床應用的一個很大障礙是檢測靈敏度較低[15]。雖然通過借鑒醫(yī)學免疫領域的熒光標記技術可提高其靈敏度，但傳統(tǒng)的免疫檢測技術需將所有檢測程序一體化，而目前生物芯片技術卻很難做到完全統(tǒng)一，其復雜的檢測程序造成檢測靈敏度較低。另外，提高生物芯片微陣列密度也是需攻克的技術障礙。微陣列密度越高，檢測信息就越豐富。目前生物芯片技術可達到單片片基上3000個微陣列，每個微阱可容納100納升溶液。但理論上講可達到lcm2芯片上分布100萬個微陣列，這樣檢測通量會大大提高，因此對生物芯片的微細制備技術提出了更高的要求。

4 總結

生物芯片技術與食品安全檢測相結合，必然會給生物芯片的應用以及食品安全檢測水平的提高帶來新的契機，帶來檢測速度的加快和檢測費用的降低，大大加強執(zhí)法機構如食品安全檢測機構、出入境檢驗檢疫局、商檢局等的執(zhí)法力度。雖然其在食品中的應用還沒有普及，但是其蘊藏的潛力是驚人的。我們相信隨著生物芯片技術逐步的發(fā)展和成熟，其在食品的生產(chǎn)、流通、檢測等方面的應用必將越來越普遍。

食品質量的保證和提高，一方面需加強食品質量管理，另一方面也需加大食品安全檢測力度。食品安全檢測在食品經(jīng)濟中發(fā)揮的作用日益凸顯，被譽為監(jiān)視農牧漁業(yè)和食品工業(yè)生產(chǎn)的耳目，受到全社會的廣泛關注[16]?，F(xiàn)代科學技術為人們把好食品安全的責任關提供了諸多的方法，生物芯片技術是其中之一，作為一種新興的生物技術，具有高效、大信息量和高特異性的優(yōu)點，能夠在很短時間內分析大量的生物分子，使人們能快速準確的獲取樣品中的多種信息，檢測效率比傳統(tǒng)的檢測手段有了很大提高。

[1] 孫美玲，孫同清.質量管理在食品安全中的重要性[J].廣西輕工業(yè)，2007，5(5)：11-12.

[2] Song Jiayong.Analysis of national food security problem[J].China-USA Business Review，2007，1(6)：17-20.

[3] 馬麗艷，林燕，袁長梅.食品安全檢測技術[J].科技中國，2006，11：44-49.

[4] 韓翠麗，劉代成.基因芯片在食品檢測中的應用[J].生物學雜志，2004，21(1):40-42.

[5] 丁力群，馮麗娟.生物芯片及其在食品安全檢測中的應用[J].遼寧農業(yè)職業(yè)技術學院學報，2007，9(1)：18-20.

[6] 張奇志，鄧歡英.生物芯片技術及其在食品檢測中的應用[J].中國食品學報，2007，7(2)：134-137.

[7] 杜 巍，基因芯片技術在食品檢測中的應用[J].生物技術通訊，2006，17(3)：296-298.

[8] 王鑫，車振明，黃韜睿.分子生物學方法在食品安全檢測中的應用[J].食品工程，2007，9(3)：7-10.

[9] 吳斌.蛋白質芯片的研究及其在生物毒素檢測方面的應用[J].衛(wèi)生毒理雜志，2004，18(4)：252-253.

[10] 王國青，蔣迪，王艷，等.生物芯片技術在食品安全檢測中的應用[J].現(xiàn)代科學儀器，2007，1：7-10.

[11] 索標，汪月霞，艾志錄.食源性致病菌多重分子生物學檢測技術研究進展[J].微生物學雜志，2010，30(6)：71-74.

[12] 郭凌,李建新,黃麗,等.轉基因食品檢測技術研究進展[J].安徽農業(yè)科學，2011，39(28)：17545-17547，17561.

[13] 郭志紅，王國青，王艷.蛋白芯片檢測雞豬組織中磺胺二甲基嘧啶等4種獸藥的殘留[J].中國獸藥雜志，2010，44(10)：42-45.

[14] 蔣紅霞，陳杖榴，曾振靈.生物芯片技術及其在抗生素耐藥性檢測方面的應用[J].國外醫(yī)藥抗生素分冊，2002，23(4)：160-164，178.

[15] Gu yuandong.Biochip technology [J].Journal of Controlled Release， 2004，256 (3)：509-512.

[16] 苗立新，魏凌，侯靜.食源性危害與食品安全檢測[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志， 2005，15 (10)：1278-1280.