基于微流控的新兴生物传感器：现场检测霉菌毒素的理想工具

霉菌毒素是真菌的次级代谢产物，是农产品和食品中毒性最强的重要污染物。霉菌毒素具有极强的致畸形、致突变和免疫抑制作用，可导致多种疾病（例如癌症、慢性肾小管间质性肾病、神经管缺陷和心血管疾病等），对全球人类构成严重威胁。由于霉菌毒素的毒性很强，许多国家都规定了食品中霉菌毒素的最高允许限量。因此，为了将霉菌毒素控制在合理的浓度范围，开发灵敏的霉菌毒素检测方法对于保护公众健康至关重要。

迄今为止，已开发出多种用于定量检测霉菌毒素的分析方法，例如液相色谱串联质谱法（LC-MS/MS）和高效液相色谱法（HPLC）等。然而，这些方法通常都存在一定的局限性（例如样品制备程序复杂、操作耗时、设备昂贵、需要专业操作人员等），难以实现现场和便携式检测，尤其是在偏远贫困地区。

为了解决这些问题，基于生物传感器的快速检测方法得到了广泛探索。生物传感器作为一种新兴技术，因其操作简单、设计便携、选择性和灵敏度高，在过去几十年中被广泛应用于霉菌毒素的灵敏快速检测。生物传感器是一种有效分析工具，通过使用生物识别元件将识别事件转化为可测量的信号，从而识别目标分析物。生物传感器通常包括生物识别元件、信号转换元件和用于记录数据的显示器。为了实现现场检测，生物传感器可以与一些先进的便携式器件（例如微流控芯片）集成，以提高其现场检测能力。

微流控芯片又称微全分析系统（μTAS），能够在数十微米的通道中精确控制微量体积的液体。微流控系统具有许多优点，例如同时检测多个平行样品、高通量、高灵敏度、分析时间短，以及只需使用少量样品和试剂等。微流控技术是一个新兴领域，涉及多个跨学科领域（如微机械、纳米技术、微电子学和生物工程），并已广泛应用于多个领域，例如基因组和蛋白质组研究、医疗诊断、分析化学、生物危害检测和环境监测等。值得注意的是，这些优势对于适应快速和现场检测的新时代至关重要，各种生物传感器已成功与微流控芯片集成，实现了对霉菌毒素的便携式、高通量和现场检测。

目前，具有高效率和出色检测性能的微流控生物传感器已被广泛应用于霉菌毒素的检测。 然而，微流控生物传感器在霉菌毒素现场检测中的应用尚未得到详细总结。据麦姆斯咨询介绍，东北农业大学的研究人员近期在npj Science of Food上发表了一篇题为“Emerging biosensors integrated with microfluidic devices: a promising analytical tool for on-site detection of mycotoxins”的综述性文章。

综述论文摘要附图

在这篇综述中，研究人员总结了微流控生物传感技术用于现场检测食品样品中霉菌毒素的最新进展。

用于霉菌毒素检测的微流控生物传感技术示意图

首先，论文总结了用于检测霉菌毒素的常用微流控器件（包括硅、玻璃、PDMS、PMMA和纸基微流控芯片等）的制备方法和特点，并对其优缺点进行了讨论和比较。

微流控芯片的材料选择

然后，论文总结了微流控器件在霉菌毒素检测过程中的作用，包括样品制备、分离、多重分析以及与检测系统的集成。

微流控器件在霉菌毒素检测过程中的作用

随后，论文简单介绍并讨论了霉菌毒素识别元件（例如抗体、适配体和MIPs）的特点和功能。此外，研究人员还讨论了在微流控芯片上修饰不同识别元件的表面化学方法。最后，总结并比较了基于不同传感模式（包括比色、荧光、SERS、电化学、光电化学和双模式）微流控生物传感技术在霉菌毒素检测中的应用。

比色和荧光微流控器件示意图

挑战与展望

微流控生物传感器已经展示出诸多优势，例如样品消耗量低、微型化、集成化、快速分析和自动化等，并已广泛应用于食品样品中的霉菌毒素检测。然而，在这一重要领域仍存在一些挑战和机遇。研究人员从多个方面提出了该领域未来的挑战和机遇，包括开发新的霉菌毒素识别元件、探索新的传感模式、设计和开发新的微流控器件以及微流控器件的智能化。

结论

食品中霉菌毒素残留问题长期存在，迫切需要开发快速实用的现场检测技术。传统的检测方法由于操作繁琐、仪器复杂，难以满足现场快速检测的要求。为实现现场检测，微流控芯片已成功与生物传感器集成，用于霉菌毒素的检测。本综述总结了微流控生物传感器在霉菌毒素检测方面的最新进展，并对这一前景广阔的新兴领域提出了未来的机遇和挑战。