生物芯片技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

蘇健

摘 要：生物芯片技術(shù)是一種全新的微量分析技術(shù)。本文主要根據(jù)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展潮流，將整個(gè)生物芯片技術(shù)的原理以及流程進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，進(jìn)而進(jìn)一步描述整個(gè)生物芯片技術(shù)在食品檢測(cè)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生物芯片；食品檢測(cè)；應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，越來(lái)越多的高新科技產(chǎn)品開(kāi)始用在人們的日常工作中去。生物芯片就是在這一趨勢(shì)之中崛起的一種高新技術(shù)。它不僅涉及生物學(xué)中各種知識(shí)，更是將物理化學(xué)等知識(shí)融合起來(lái)，同時(shí)以計(jì)算機(jī)知識(shí)為基礎(chǔ)，在整個(gè)生命科學(xué)中的建立起一架橋梁聯(lián)系現(xiàn)代信息高新科技，也成為現(xiàn)代世界交叉綜合性學(xué)科最受人們關(guān)注的學(xué)科。并且在短短幾年時(shí)間內(nèi)，它的高速發(fā)展速度卻受到世界各國(guó)前沿科學(xué)的高度關(guān)注，并且多數(shù)國(guó)家中多將這一技術(shù)用在轉(zhuǎn)基因的食品檢測(cè)中。

1 生物芯片技術(shù)簡(jiǎn)要概述

所謂的生物芯片技術(shù)主要是利用合成的技術(shù)或者是少量點(diǎn)樣的方法，將一些大型的生物分子，例如多肽片段以及一些組織、細(xì)胞的切片等樣品按照一定的順序固定在硅膠或者聚丙烯凝膠等膠狀物的表面組成一種十分密集的二維分子排列，然后與這些需要檢測(cè)的生物樣品中的一些分子雜交，進(jìn)而利用特殊的儀器諸如激光掃描一起或者聯(lián)合攝像機(jī)等設(shè)備對(duì)雜交的信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)分析，繼而來(lái)判斷樣品中樣品分子的數(shù)量，進(jìn)而達(dá)到生物芯片在食品檢測(cè)中的目的。

制造生物芯片的基本流程：

所有生物芯片制造過(guò)程中都要包括四個(gè)基本環(huán)節(jié)，首先是要構(gòu)建芯片，其次要制造樣品，觀察生物分子之間的相互反應(yīng)以及結(jié)果檢測(cè)進(jìn)行分析。

1.1 構(gòu)建芯片

現(xiàn)階段所有芯片的制造主要是利用化學(xué)的方法，或者是表面化學(xué)或者是組合化學(xué)的方式來(lái)處理芯片，接著是將蛋白質(zhì)的各種分子按照一定的順序排列在芯片之中。因?yàn)樾酒N類不同，制造的方法也完全不同，但主要的制作方法有兩種，一種是原位合成的方法，一種是微矩陣點(diǎn)樣兩種主要方式。

1.2 制造樣品

生物樣品是一種復(fù)雜的生物分子混合物體，一般極少與芯片發(fā)生直接性的反應(yīng)，所以要對(duì)整個(gè)樣品進(jìn)行生物處理。而在基因芯片中，一般需要將一些分子逆轉(zhuǎn)錄成cDNA才能進(jìn)行標(biāo)記繼而進(jìn)行檢測(cè)。這種標(biāo)記的方法類型眾多，主要的方法有利用熒光進(jìn)行標(biāo)記的方法，還有利用同位素進(jìn)行標(biāo)記的方法。一般自造的蛋白質(zhì)樣品要在制作之前采取一些合適的方式對(duì)其進(jìn)行溶解，只有這樣才能保持蛋白質(zhì)良好的活性。

1.3 生物分子間的相互反應(yīng)

這是芯片檢測(cè)最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，一般需要將樣品中的DNA同探針中的DNA進(jìn)行相互雜交，繼而根據(jù)探針的一系列相關(guān)的屬性來(lái)選擇雜交的條件。如果是檢測(cè)基因表達(dá)，在研究其反應(yīng)是需要一些鹽高濃度、時(shí)間長(zhǎng)以及溫度低的一些條件。如果是檢測(cè)基因是否突變，這就需要在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)在高溫度低鹽度的條件下進(jìn)行一些特異性的雜交方式。

1.4 結(jié)果檢測(cè)

在對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般要選擇用激光掃描一起對(duì)芯片進(jìn)行掃描，繼而利用掃描儀將整個(gè)檢測(cè)的結(jié)論加以掃描，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成為可以進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)和圖像。一般針對(duì)這些數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行分析要按照三個(gè)步驟進(jìn)行，首先是要將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，要將全部的數(shù)據(jù)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范起來(lái)，單位相同才能做出正確的比較結(jié)果。其次是要針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，去掉一些不必要的基因數(shù)據(jù)。最后是要將數(shù)據(jù)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分組，進(jìn)而給予生物學(xué)知識(shí)的解釋。

2 生物芯片技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 生物芯片技術(shù)在食品微生物檢測(cè)中的應(yīng)用

食品衛(wèi)生檢測(cè)中的一個(gè)重要方面是及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出食品中的病原性微生物，這些致病微生物的存在會(huì)嚴(yán)重威脅人類的健康。傳統(tǒng)的生化培養(yǎng)檢測(cè)方法需要經(jīng)過(guò)兒天的微生物培養(yǎng)和復(fù)雜的計(jì)數(shù)，操作繁雜，不能及時(shí)反映生產(chǎn)過(guò)程或銷售過(guò)程中的污染情況，且靈敏度不高，使得食品的安全檢測(cè)潛在一定的危險(xiǎn)，給消費(fèi)者帶來(lái)很大的威脅；；PCR法快速，比前者靈敏，但成本高，假陽(yáng)性多，也不是很好的檢測(cè)食品微生物污染的方法?；蛐酒蓮V泛的應(yīng)用于各種導(dǎo)致食品腐敗的致病菌的檢測(cè)，該技術(shù)具有快速、準(zhǔn)確、靈敏等優(yōu)點(diǎn)，可以及時(shí)反映食品中微生物的污染情況。近年來(lái)許多研究者對(duì)生物芯片分析檢測(cè)食品中常見(jiàn)致病菌進(jìn)行了一系列探討。

2.2 生物芯片技術(shù)在轉(zhuǎn)基因食品檢測(cè)中的應(yīng)用

隨著基因工程技術(shù)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)基因食品越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們面前?；谌藗儗?duì)轉(zhuǎn)基因食品發(fā)展過(guò)猛而可能導(dǎo)致不可預(yù)期結(jié)果的擔(dān)憂和對(duì)消費(fèi)者的知情權(quán)及選擇權(quán)的維護(hù)，不論是生產(chǎn)商還是監(jiān)督部門(mén)都需要一種準(zhǔn)確高效的轉(zhuǎn)基因食品檢測(cè)手段。1999年10月，歐共體公布的轉(zhuǎn)基因食品檢測(cè)方法有酶聯(lián)免疫吸附檢測(cè)法和PCR法，前者存在加熱可能使某些成分變性的缺點(diǎn)，后者受多種因素的影響，而且容易交叉感染，造成假陽(yáng)性等缺點(diǎn)，使得這2種方法的應(yīng)用受到一定的限制，檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，效率低，周期長(zhǎng)，不適合于對(duì)食品中大量不同轉(zhuǎn)基因成分的快速檢測(cè)。基因芯片具有高通量能并行檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，僅靠一個(gè)實(shí)驗(yàn)就能篩選出大量的各種轉(zhuǎn)基因食品，被認(rèn)為是最具潛力的檢測(cè)手段之一。

2.3 在食品毒理學(xué)研究中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的食品毒理學(xué)研究必須通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絹?lái)進(jìn)行模糊評(píng)判，它們?cè)谘芯慷疚锏恼w毒性效應(yīng)和毒物代謝方面具有不可替代的作用。但是，這不僅需要消耗大量的動(dòng)物，而且往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外，所用的動(dòng)物模型山于種屬差異，得出的結(jié)果往往并不適宜外推至人，而且動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中所給予的毒物劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人的暴露水平，并不能反映真實(shí)的暴露情況。所以，傳統(tǒng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)僅僅是一種粗糙的、不精確的方法。Agshau等（1999）報(bào)道生物芯片技術(shù)的應(yīng)用將在毒理學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命。生物芯片可以同時(shí)對(duì)兒千個(gè)基因的表達(dá)進(jìn)行分析，為研究新型食品資源對(duì)人體免疫系統(tǒng)影響機(jī)理提供完整的技術(shù)資料。并通過(guò)對(duì)單個(gè)或多個(gè)混合體有害成分進(jìn)行分析，確定該化學(xué)物質(zhì)在低劑量條件下的毒性，并且分析推斷出該物質(zhì)的最低限量。

最近，美國(guó)環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究所的科學(xué)家小組開(kāi)發(fā)了一種革命性的工具：毒理芯片（Toxchip）。雖然Toxchip不能完全取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，但它可以提供有價(jià)值的信息，以免做許多不必要的生物試驗(yàn)，大大降低動(dòng)物消耗、經(jīng)費(fèi)和時(shí)間；山于基因表達(dá)對(duì)低劑量也很敏感，所以Toxchip用于生物學(xué)試驗(yàn)時(shí)，可在近似于人暴露的低劑量水平進(jìn)行研究，這樣就可以避免誤差，更真實(shí)地反映暴露水平下人體對(duì)化學(xué)物的反應(yīng)。

結(jié)束語(yǔ)

食品成分分析、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、食品安全全程控制體系等方面對(duì)食品分子檢驗(yàn)手段提出更多、更高的要求。生物芯片技術(shù)因其可在一次反應(yīng)中進(jìn)行多種信息的平行分析，而受到研究者的矚目，特別是基因芯片在人類基因組計(jì)劃研究中的應(yīng)用，不僅極大地促進(jìn)了該項(xiàng)工作的進(jìn)行，也使芯片技術(shù)在短短的幾年間得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并迅速在食品科學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用。隨著生物芯片技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，食品科學(xué)研究的逐步深入，生物芯片將會(huì)作為一種簡(jiǎn)便快捷的技術(shù)，為食品工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)極大的便利。

參考文獻(xiàn)

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