試紙法在食品安全快速檢測(cè)中的研究進(jìn)展

程 楠，何 景，董 凱,3，羅云波，許文濤,,4,*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083；2.農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因生物食用安全監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100083；3.北京福德安科技有限公司，北京 100083；4.食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

試紙法在食品安全快速檢測(cè)中的研究進(jìn)展

程 楠1，何 景2，董 凱1,3，羅云波1，許文濤1,2,4,*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083；2.農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因生物食用安全監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京 100083；3.北京福德安科技有限公司，北京 100083；4.食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

試紙法作為一種簡(jiǎn)便、高效、低成本的檢測(cè)手段，其發(fā)展為食品安全快速檢測(cè)提供了有效的保障。本文從紙層析技術(shù)、化學(xué)比色技術(shù)、酶抑制技術(shù)、免疫分析技術(shù)、生物化學(xué)技術(shù)以及分子生物技術(shù)6個(gè)與試紙法結(jié)合的快速檢測(cè)技術(shù)出發(fā)，對(duì)試紙法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理；以紙基微流控芯片、納米顆粒標(biāo)志物和試紙分析儀為例分析了典型的試紙法創(chuàng)新途徑；最后對(duì)試紙法未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

試紙法；食品安全；快速檢測(cè)

近年來(lái)我國(guó)的重大食品安全事件屢見(jiàn)不鮮，要解決這些食品安全問(wèn)題，就需要從農(nóng)田到餐桌對(duì)食品的生產(chǎn)、加工、流通和銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全程監(jiān)控和管理。而現(xiàn)有的食品安全監(jiān)督管理體系普遍建立在儀器分析的基礎(chǔ)之上，不僅人力、物力消耗大，時(shí)間成本高，而且信息發(fā)布滯后，導(dǎo)致監(jiān)管部門(mén)很難對(duì)問(wèn)題食品進(jìn)行快速反映[1]。因此，迫切需要大量能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)、快速、準(zhǔn)確、靈敏且成本低廉的食品安全分析檢測(cè)技術(shù)。試紙法，由于其制造和使用成本低、具有生物降解性和生物相容性、易涂層印跡、多孔纖維結(jié)構(gòu)、憑借毛細(xì)管力無(wú)需其他外部動(dòng)力、檢測(cè)背景通常為白色便于化學(xué)比色和熒光檢測(cè)等特點(diǎn)，已成為一個(gè)非常令人關(guān)注的檢測(cè)平臺(tái)[2]。隨著近幾十年試紙法的不斷發(fā)展，與不同類型檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的試紙可以對(duì)各種典型的食品污染物進(jìn)行檢測(cè)。

試紙法是根據(jù)經(jīng)過(guò)特殊制備的試紙與待測(cè)成分進(jìn)行反應(yīng)所顯示的顏色、熒光或磁性變化對(duì)待測(cè)成分進(jìn)行目視定性或者儀器定量分析的一種快速檢測(cè)方法[2-3]。其制作方法比較簡(jiǎn)單，通常是將配制好的反應(yīng)液浸漬或涂劃在紙基上，并以適當(dāng)?shù)姆绞礁稍锒稍嚰圼4]。使用也很方便，只需將待測(cè)物質(zhì)滴加在試紙上或者將試紙的反應(yīng)區(qū)浸沒(méi)在待測(cè)溶液中即可完成檢測(cè)，使用者不需專門(mén)訓(xùn)練就能掌握。試紙法作為一種快速的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，具有制作簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉、靈敏性好、穩(wěn)定性好、特異性強(qiáng)、反應(yīng)迅速、無(wú)需設(shè)備、結(jié)果顯示直觀、一次性使用、不需檢修維護(hù)等特點(diǎn)[5]，在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用前景，并有望成為最廉價(jià)的分析檢測(cè)手段。

1 試紙法快速檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀

目前，與試紙法相結(jié)合的檢測(cè)技術(shù)通常包括紙層析技術(shù)、化學(xué)比色技術(shù)、酶抑制技術(shù)、免疫分析技術(shù)、生物化學(xué)技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)，常見(jiàn)的食品安全快速檢測(cè)試紙主要有紙色譜、化學(xué)比色試紙、酶抑制試紙、免疫層析試紙、微生物試紙和核酸層析試紙等。

1.1 紙層析技術(shù)

紙層析技術(shù)又稱紙色譜法，是試紙法最初的體現(xiàn)形式，早在20世紀(jì)40年代前后就出現(xiàn)了，直到1952年Martine和Synge因此項(xiàng)發(fā)明被授予“諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)”后實(shí)現(xiàn)了紙色譜發(fā)展很大的突破[6]。在20世紀(jì)末21世紀(jì)初的20多年間，紙色譜在分析檢測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用，從對(duì)有機(jī)物的檢驗(yàn)發(fā)展到對(duì)無(wú)機(jī)物的檢驗(yàn)，從定性檢驗(yàn)發(fā)展到定量檢驗(yàn)[7]。

紙色譜是用濾紙作為反應(yīng)載體，將待測(cè)溶液用點(diǎn)樣器或者毛細(xì)管滴加在紙上并視為固定相，在紙層析的作用下作為展開(kāi)劑的有機(jī)溶劑進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)待測(cè)溶液也會(huì)隨著展開(kāi)劑的移動(dòng)而移動(dòng)，并且在水和有機(jī)溶劑兩相之間待測(cè)溶液中的各組分進(jìn)行溶解分配，各組分經(jīng)過(guò)展開(kāi)后在紙上形成互相分離的斑點(diǎn)。定性檢測(cè)是通過(guò)把各組分的移動(dòng)距離（Rf值）與已知樣的移動(dòng)距離進(jìn)行比較；而定量檢測(cè)則是將組分點(diǎn)取下來(lái)并用溶劑溶出，采用比色法或分光光度法來(lái)進(jìn)一步完成定量[7]。例如，紙色譜目前可用于快速檢測(cè)食品中的機(jī)磷農(nóng)藥[8]、金屬離子[9]、氨基酸[10]、蘇丹紅[11]等物質(zhì)。

1.2 化學(xué)比色技術(shù)

化學(xué)比色技術(shù)是指食品中待測(cè)物質(zhì)與試紙上特定的化學(xué)試劑發(fā)生特異性的化學(xué)顯色反應(yīng)，繼而將顯色結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)比色卡進(jìn)行顏色比對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)定性或者半定量檢測(cè)[5]?；瘜W(xué)比色試紙的優(yōu)點(diǎn)是制作成本低廉、生產(chǎn)周期較短、操作相對(duì)簡(jiǎn)便、顯色反應(yīng)迅速和結(jié)果顯示直觀等。不足之處是化學(xué)比色技術(shù)的靈敏度不高，很難對(duì)待檢物質(zhì)進(jìn)行痕量檢測(cè)；此外，此類方法非常依賴待測(cè)物質(zhì)自身的化學(xué)反應(yīng)條件，因此容易在檢測(cè)過(guò)程中受到外部環(huán)境的干擾[4]。目前，化學(xué)比色試紙是應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的快速檢測(cè)方法，被普遍應(yīng)用于食品中非法添加物質(zhì)和農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)有害物質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，如用化學(xué)比色試紙快速檢測(cè)食品中的過(guò)氧化氫[12]、亞硝酸鹽[13]、尿素[14]、工業(yè)堿[15]、二氧化硫[16]等物質(zhì)。

1.3 酶抑制技術(shù)

酶抑制技術(shù)是以待測(cè)物質(zhì)對(duì)酶的抑制作用為基礎(chǔ)的一種快速檢測(cè)方法，主要適用于重金屬檢測(cè)和農(nóng)藥殘留檢測(cè)，通常使用脲酶進(jìn)行重金屬檢測(cè)[17]，使用植物酯酶、動(dòng)物酯酶或膽堿酯酶進(jìn)行農(nóng)藥殘留檢測(cè)[18]。其測(cè)定原理是作為底物的待測(cè)物質(zhì)與相應(yīng)酶的活性中心進(jìn)行結(jié)合，從而使酶的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變導(dǎo)致其活性降低，繼而通過(guò)可識(shí)別的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物質(zhì)的檢測(cè)，最常見(jiàn)的是通過(guò)顏色的變化進(jìn)行判斷。酶抑制試紙通常是將酶和作為底物的待檢物質(zhì)分別固定在兩片試紙上，然后使兩片試紙相互接觸，待測(cè)物質(zhì)對(duì)酶的抑制作用會(huì)發(fā)生催化反應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)顏色的變化，據(jù)此對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行目視定性或定量的檢測(cè)。這種方法具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉等突出優(yōu)勢(shì)，適用于監(jiān)管部門(mén)在農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)和超市等食品集散地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。但由于在靈敏度和保存期等方面存在一定的局限性，假陽(yáng)性和假陰性率較高，尤其在檢測(cè)生姜、蔥、蒜等農(nóng)產(chǎn)品時(shí)容易受到干擾，因此只能在食品安全檢測(cè)中作為初步篩選的依據(jù)。目前，歐美國(guó)家已將其作為田間實(shí)地檢測(cè)和農(nóng)藥殘留情況普查的基本手段，但是在我國(guó)應(yīng)用的并不廣泛[5]。

1.4 免疫分析技術(shù)

免疫分析技術(shù)是以醫(yī)學(xué)中的血清學(xué)檢測(cè)手段為基礎(chǔ)，利用抗原與抗體之間反應(yīng)的高度專一性來(lái)完成檢測(cè)[19]。免疫層析試紙有夾心法、競(jìng)爭(zhēng)法和間接法3 種，以?shī)A心法為例，其原理是將待測(cè)物質(zhì)的特異性抗體交聯(lián)到有色物質(zhì)（如納米金）上以及試紙條（檢測(cè)線）上，當(dāng)“有色物質(zhì)——抗體”和抗原結(jié)合后，該復(fù)合物再與紙上包被的抗體相結(jié)合，形成類似于三明治的夾心結(jié)構(gòu)。通過(guò)觀察檢測(cè)線和控制線顏色的變化實(shí)現(xiàn)目視定性檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)線顏色的深淺與待測(cè)物的含量呈正比的原則進(jìn)行定量的檢測(cè)，如果沒(méi)有待測(cè)物則只有控制線有顏色[20]。

免疫分析技術(shù)廣泛用于檢測(cè)農(nóng)獸藥殘留[21-22]、微生物[23]及轉(zhuǎn)基因食品[24]，這種技術(shù)靈敏度和特異性都比較高，適合于監(jiān)管部門(mén)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行初篩檢測(cè)；其不足之處在于這種方法的廣譜性很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榭乖涂贵w之間反應(yīng)專一性較強(qiáng)，這就需要針對(duì)不同的待測(cè)物質(zhì)建立專門(mén)的檢測(cè)試劑和條件；并且檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確程度還要取決于在加工過(guò)程中食品中的抗原成分是否遭到破壞。目前，國(guó)外利用免疫分析技術(shù)研發(fā)的試紙條已經(jīng)商業(yè)化，如美國(guó)Charm Science公司研發(fā)的ROSA系列免疫層析膠體金試紙條，可以用于檢測(cè)牛奶中各種抗生素殘留[25]。

1.5 生物化學(xué)技術(shù)

生物化學(xué)技術(shù)與試紙法的結(jié)合主要應(yīng)用于食源性致病菌等微生物的檢測(cè)。這種微生物試紙法通常由雙層薄膜組成，一層是印有網(wǎng)格的聚丙烯薄膜，另一層是覆蓋有培養(yǎng)基和顯色物質(zhì)的聚乙烯薄膜。待測(cè)樣品經(jīng)過(guò)處理后不需要增菌可直接接種在微生物試紙上，在適宜的溫度下進(jìn)行培養(yǎng)，待檢微生物生長(zhǎng)產(chǎn)生的特異性酶和已固定的顯色物質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)，就形成了不同顏色的菌落，通過(guò)對(duì)待測(cè)微生物的菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)即可實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)[26]。

這種生物化學(xué)技術(shù)檢測(cè)微生物最大的優(yōu)點(diǎn)是省卻了繁重的準(zhǔn)備和收尾工作，縮短了檢測(cè)時(shí)間，有助于提高微生物檢測(cè)效率。另外，其檢測(cè)原理是活細(xì)胞技術(shù)，符合國(guó)內(nèi)有關(guān)食品安全和衛(wèi)生質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求，使檢測(cè)結(jié)果更易于被大眾所接收[27]。不足之處是目前的顯色系統(tǒng)比較單一而無(wú)法針對(duì)所有微生物進(jìn)行有區(qū)別地計(jì)數(shù)；以及培養(yǎng)基或顯色物質(zhì)在試紙尚分布不均勻而導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)分布或顯色不均勻。目前，國(guó)內(nèi)雖有微生物試紙的生產(chǎn)廠家，但是產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，檢測(cè)結(jié)果不能得到普遍認(rèn)同。較成熟的微生物檢測(cè)試紙主要依靠進(jìn)口，如美國(guó)3M公司研發(fā)的PerrifilmTMPlate系列微生物測(cè)試片，可分別準(zhǔn)確檢測(cè)菌落總數(shù)、大腸菌群計(jì)數(shù)、霉菌和酵母計(jì)數(shù)[28]。

1.6 分子生物學(xué)技術(shù)

分子生物學(xué)技術(shù)與試紙法的結(jié)合使待檢物質(zhì)達(dá)到了基因分子水平。近年來(lái)，核酸層析試紙和基因芯片成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。核酸層析試紙是將分子生物學(xué)中的核酸擴(kuò)增技術(shù)和層析試紙方法結(jié)合在一起的一種技術(shù)，從而既有核酸擴(kuò)增的高靈敏度，又有層析試紙操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)[29]?；蛐酒请S著基因技術(shù)和材料科學(xué)不斷發(fā)展而衍生出的一種可以迅速檢測(cè)基因序列及表達(dá)信息的一種技術(shù)。該技術(shù)原理是通過(guò)已知序列與未知序列進(jìn)行雜交，并對(duì)每一雜交信號(hào)進(jìn)行處理分析，從而得出未知序列信息[30]。使用核酸分子水平的試紙進(jìn)行檢測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)在于檢出限量低、檢測(cè)周期短、檢測(cè)效率高、能夠?qū)崿F(xiàn)多重檢測(cè)，并且解決了檢測(cè)深加工產(chǎn)品的難題。不足之處在于檢測(cè)費(fèi)用仍偏高，且前期需要大量已測(cè)序的DNA片段信息。分子生物學(xué)技術(shù)與試紙法的結(jié)合具有很大的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值，目前已經(jīng)應(yīng)用于檢測(cè)食品中致病菌[31]、病毒[29]、MicroRNA[32]和轉(zhuǎn)基因成分[33]等。

2 試紙法創(chuàng)新研究

近年來(lái)，試紙法研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要集中在載體材料的改良、標(biāo)志物的選擇和對(duì)待測(cè)物進(jìn)行定量檢測(cè)等方面。

2.1 載體創(chuàng)新：紙基微流控芯片

自從20世紀(jì)90年代瑞士科學(xué)家Manz提出微型全分析系統(tǒng)的概念[34]以來(lái)，微流控芯片作為其中的核心技術(shù)己經(jīng)逐漸發(fā)展為世界上最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)之一。紙質(zhì)微流控芯片是由Martinez等[35]于2007年首次提出，并在近期得到迅速發(fā)展的新型微流控芯片。該微流控芯片以濾紙作為載體材料，制作技術(shù)有光刻技術(shù)、噴墨印刷技術(shù)、蠟印刷技術(shù)、打印PDMS和等離子體氧化等，制作的成品可以對(duì)待檢樣品進(jìn)行高效的分析檢測(cè)。紙質(zhì)微流控芯片具有成本低、制備簡(jiǎn)單、無(wú)需復(fù)雜設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，并更趨近微型化、集成化、多功能化，所以非常適合在資源匱乏的情況下使用[36]。

目前，紙基微流控芯片主要分為3 類：平面二維紙基微流控芯片[36]、二維紙基ELISA板[37]和三維紙基微流控芯片[38]。Martinez等[35]用憎水性的聚合物在親水性的紙上光刻分界限從而形成二維紙基微流控通道，提供了在同一平臺(tái)上同時(shí)檢測(cè)蛋白質(zhì)和葡萄糖的分析方法，并且通過(guò)更改適當(dāng)?shù)臋z測(cè)試劑，還可以進(jìn)一步適用于其他物質(zhì)的測(cè)定。繼而該研究小組研發(fā)了二維紙基ELISA板，它可以取代傳統(tǒng)的較為昂貴的ELISA板[37]，并且更容易儲(chǔ)存，與塑料孔板實(shí)驗(yàn)方法兼容，實(shí)驗(yàn)后可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接歸檔保存。該研究小組還通過(guò)用雙面膠把多 個(gè)蠟染紙黏合在一起的方式，首次研發(fā)出了三維紙質(zhì)微流控芯片[38]，該裝置有4 個(gè)互不干擾的獨(dú)立通道，可以在一個(gè)紙基芯片上同時(shí)分析多種化合物，對(duì)于有多重分析任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)表現(xiàn)出很強(qiáng)的實(shí)用性和優(yōu)越性。Liu Hong等[39]研發(fā)一個(gè)以三維折紙為基礎(chǔ)的微流控芯片，簡(jiǎn)化了Martinez團(tuán)隊(duì)制做過(guò)程中的多個(gè)步驟。Lewis等[40]用蠟染技術(shù)來(lái)制造高通量的三維紙基微流控芯片，1 h內(nèi)可以制造出數(shù)以百計(jì)的紙基微流控芯片?？梢?jiàn)，由于紙基微流控芯片具有生產(chǎn)成本低、成產(chǎn)周期短、檢測(cè)速率快、所需樣品的體積小、攜帶方便、可一次性使用、可進(jìn)行多重檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被越來(lái)越多地關(guān)注和研究，擁有很好的發(fā)展前景。

2.2 標(biāo)識(shí)創(chuàng)新：納米顆粒標(biāo)志物

納米顆粒又稱超微顆粒或納米塵埃，是指顆粒大小為納米級(jí)（一般在1～100 nm之間）的粒子，其性能不同于正常粒子，具有比表面積大，光、熱、磁敏感等特征，具有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景[41]。目前已經(jīng)應(yīng)用于試紙法的納米顆粒標(biāo)志物包括有機(jī)納米粒子、膠體金、鑭系元素、量子點(diǎn)、納米磁性顆粒、碳納米管等幾大類。

有機(jī)納米粒子具有良好的光學(xué)特性，是早期應(yīng)用于試紙法中的一類標(biāo)志物，如異硫氰酸酯熒光素，其熒光分子中的異硫氰酸與蛋白分子中的氨基相結(jié)合，以結(jié)合物中的熒光素為檢測(cè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)記蛋白的檢測(cè)[42]。但因?yàn)檫@種方法檢測(cè)靈敏度低、光化學(xué)穩(wěn)定性差，過(guò)于依賴粒子本身的化學(xué)發(fā)光集團(tuán)，不具備無(wú)機(jī)納米粒子可調(diào)控波長(zhǎng)的尺寸效應(yīng)，故應(yīng)用上正逐漸被新的標(biāo)志物所取代。

膠體金又稱金溶膠，是指金顆粒在水中依靠靜電斥力形成穩(wěn)定的多相不均勻體系[43]，由于其電子密度高，在不影響生物分子活性的前提下可以吸附生物大分子，且呈現(xiàn)出橘紅色到紫紅色等不同的明亮色彩，故可作為標(biāo)志物精確定位多種大分子物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、多糖、核酸、激素等。以膠體金作為標(biāo)志物制作的試紙是研究最早也是目前研究最廣泛的，因此報(bào)道繁多，包括檢測(cè)黃曲霉毒素[44]、副溶血性弧菌[45]、蘇丹紅[46]、MicroRNA[47]等物質(zhì)，甚至許多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商品化，如檢測(cè)各種獸藥殘留和農(nóng)藥殘留金標(biāo)試紙。

鑭系元素屬于過(guò)渡元素，是指元素周期表中原子序數(shù)在57～71之間的所有元素。將兩種不同的鑭系元素離子分別作為“光吸收子”和“發(fā)射子”，將其摻入到作為“主基質(zhì)”的陶瓷顆粒之中，會(huì)構(gòu)成一類可以產(chǎn)生熒光的上轉(zhuǎn)換磷光顆粒[48]。Hong Wenyan等[49]研制的以上轉(zhuǎn)換磷光顆粒為標(biāo)志物的試紙其靈敏度和定性的結(jié)果可以和免疫學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)——酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)相媲美?？梢?jiàn)，將鑭系元素應(yīng)用與試紙中具有較為理想的檢測(cè)限和穩(wěn)定性，故其應(yīng)用研究發(fā)展的十分迅速。

量子點(diǎn)又稱為熒光半導(dǎo)體納米顆粒，主要包括主族Ⅱ～Ⅳ（如CdSe），Ⅲ～Ⅴ（如InP）、副族化合物以及Si等元素組成的納米顆粒，顆粒直徑約1～10 nm，因其外觀形態(tài)好似一顆極小的點(diǎn)狀物而得名。目前通常用來(lái)作為標(biāo)志物的是一種核殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)，它不僅具有較好的光化學(xué)穩(wěn)定性，而且也具備了較高的發(fā)光量子產(chǎn)率（30%～50%）[50]。目前，以量子點(diǎn)為標(biāo)志物的試紙尚處于研究階段，在國(guó)內(nèi)外有一定數(shù)量的相關(guān)報(bào)道，如Petryayeva等[51]可在5 min內(nèi)對(duì)蛋白酶進(jìn)行定量檢測(cè)，最低檢測(cè)線達(dá)1～2 nmol/L。

納米磁性顆粒又稱超順磁顆粒，兼具磁性粒子和納米材料的雙重優(yōu)勢(shì)，包括超順磁性、比表面積大和粒徑小等特點(diǎn)，是近年來(lái)新興的一種納米材料。典型的標(biāo)志物是以磁性材料（如四氧化三鐵等）作為固相載體，在其表面引入活性基團(tuán)，通過(guò)偶聯(lián)反應(yīng)與酶、抗體等生物分子結(jié)構(gòu)結(jié)合，可對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行快速、定量的檢測(cè)[52]，但因?yàn)榇判灶w粒在層析過(guò)程中易發(fā)生團(tuán)聚等現(xiàn)象[53]，使納米磁性顆粒作為試紙標(biāo)志物的報(bào)道尚不多見(jiàn)。

碳納米管又稱巴基管，是一種具有空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的量子材料，其結(jié)構(gòu)可看成是彎曲的石墨六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。它具有一般納米粒子的量子效應(yīng)，且比表面積大、電導(dǎo)率高、機(jī)械強(qiáng)度高，其明顯的黑色更加有利于在定性或半定量檢測(cè)中被肉眼清晰辨識(shí)[54]。不過(guò)技術(shù)難點(diǎn)在于很難去除碳納米管中混雜的石墨碳、無(wú)定型碳碎片等雜質(zhì)，相關(guān)的文獻(xiàn)也有限[55]，可見(jiàn)該項(xiàng)研究仍處于早期階段。

2.3 定量創(chuàng)新：試紙分析儀

研究初期，試紙法只能定性檢測(cè)，即只有“陰性/陽(yáng)性”的結(jié)論。隨著研究的不斷發(fā)展，在標(biāo)準(zhǔn)比色卡引進(jìn)后，試紙法既可以進(jìn)行目視定性檢測(cè)，又可以進(jìn)行半定量分析[56]。而在新型配套微型測(cè)量讀取儀相繼出現(xiàn)以后，試紙法定量結(jié)果的精確度得到大幅度提高，從而使試紙法發(fā)展為可根據(jù)需要直接進(jìn)行定量檢測(cè)的分析方法[57]。這些配套的試紙分析儀既有較高的靈敏度，能夠滿足一般檢測(cè)要求又具有體積小、質(zhì)量輕、便攜、快速、成本低、能夠獨(dú)立處理數(shù)據(jù)、對(duì)人員要求不高等優(yōu)點(diǎn)，有著廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。

目前，國(guó)內(nèi)外試紙分析儀分為針對(duì)光學(xué)信號(hào)、熒光信號(hào)和磁學(xué)信號(hào)3 種。其中，以光學(xué)信號(hào)的試紙分析儀居多，主要有3 種：利用光敏電阻測(cè)量試紙反射光光強(qiáng)獲取試紙反應(yīng)信號(hào)；采用反射型光纖傳感器獲取反應(yīng)信號(hào)；以及利用圖像傳感器采集試紙圖像并分析反應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度[58]。如德國(guó)默克公司生產(chǎn)的一種試紙分析儀，就是利用光敏電阻測(cè)量試紙反射光光強(qiáng)獲取試紙反應(yīng)信號(hào)的一款儀器。該儀器的反射儀側(cè)面設(shè)計(jì)有一個(gè)可供插入試紙條的小門(mén)和一個(gè)可以讓光線通過(guò)的小窗口，當(dāng)光線照射到試紙條上后，一部分被試紙條吸收，另一部分被反射到CDS光電池上，然后通過(guò)微安計(jì)來(lái)檢測(cè)電流量，繼而轉(zhuǎn)化為待測(cè)物質(zhì)的濃度直接顯示在顯示器上，可以快速、直觀地完成定量檢測(cè)[56]。

隨著電子信息的快速發(fā)展，人們可以隨時(shí)隨地以多種方式進(jìn)行信息訪問(wèn)，其中智能手機(jī)是最常用的方法之一。許多研究[59-60]用智能手機(jī)、照相機(jī)或掃描儀記錄試紙的顯色區(qū)域，再用Adobe Photoshop分析顯色區(qū)域的顏色，快速完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析和得出結(jié)論等步驟。這種方法是通過(guò)圖像傳感器獲取試紙圖像，以圖像測(cè)量原理為基礎(chǔ)運(yùn)用軟件捕獲試紙的顏色特征，利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析和判讀圖像并得出定量的檢測(cè)結(jié)果[58]。雖然圖像傳感器的分辨率對(duì)試紙圖像的分析精度有一些影響，但是這種方法因具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速、便于攜帶等優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

3 結(jié) 語(yǔ)

試紙法作為一種快速、靈敏的檢測(cè)手段，在食品安全現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)領(lǐng)域展示出了良好的應(yīng)用前景。在過(guò)去的20年中，世界各地許多科研團(tuán)隊(duì)為改善試紙的性能做出了很多的努力，如提高敏感性和特異性、加快響應(yīng)時(shí)間、提高分析能力和降低成本等[61-62]。然而，國(guó)內(nèi)研發(fā)和生產(chǎn)的試紙不僅種類十分有限，而且性能指標(biāo)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需要[56]，如穩(wěn)定性差，保存條件十分苛刻；保存期短，且無(wú)法適用于極端環(huán)境；靈敏度低，不能實(shí)現(xiàn)痕量檢測(cè)的要求；特異性差，容易出現(xiàn)交叉反應(yīng)等。因此，接下來(lái)對(duì)于試紙法的研究應(yīng)該致力于對(duì)其優(yōu)越的載體材料性能、多元的檢測(cè)內(nèi)容和形式、新型的顯色劑和顯色體系、精準(zhǔn)的定量方法和儀器等方面，努力擴(kuò)大試紙的檢測(cè)范圍，提高試紙的檢測(cè)性能，為試紙法在食品安全快速檢測(cè)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供更廣闊的空間。另外，為了有效地將危害阻止在食品生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)，應(yīng)該將試紙法推廣并應(yīng)用到食品企業(yè)生產(chǎn)加工、監(jiān)管部門(mén)監(jiān)督檢查以及百姓的日常生活中，這樣不僅有利于改善民眾對(duì)食品安全現(xiàn)狀的認(rèn)知，更有助于提高政府公信力、促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張雪吟. 基于比色酶片與金標(biāo)免疫層析試紙的食品安全快速檢測(cè)技術(shù)研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2012: 14-19.

[2] PAROLO C, MERKO?I A. Paper-based nanobiosensors for diagnostics[J]. Chemical Society Reviews, 2013, 42(2): 450-457.

[3] 王晶, 王林, 黃曉蓉. 食品安全快速檢測(cè)技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版, 2000: 4-5.

[4] 句立言, 王世平, 王勇. 食品安全快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國(guó)衛(wèi)生工程學(xué), 2011, 10(2): 165-168.

[5] 師邱毅, 紀(jì)其雄, 許莉勇. 食品安全快速檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2010: 10-17.

[6] WANG Shoumei, GE Lei, SONG Xianrang, et al. Paper-based chemiluminescence ELISA: lab-on-paper based on chitosan modifi ed paper device and ax-screen-printing[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2012, 31(1): 212-218.

[7] 王端平. 紙表面化學(xué)發(fā)光法檢測(cè)有機(jī)磷酸酯的研究[D]. 西安: 長(zhǎng)安大學(xué), 2012: 22-24.

[8] 賴小康, 李揚(yáng)發(fā), 王瑞長(zhǎng). 濾紙色譜法快速定性檢測(cè)樣品中有機(jī)磷農(nóng)藥[J]. 中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志, 2010(12): 3545.

[9] 韓紅斐, 張堯, 李文娟. 殼聚糖改性紙色譜法分離金屬離子的研究[J].太原師范學(xué)院學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009(1): 116-118.

[10] 于宏曉, 趙曰利, 徐海濤, 等. 氨基酸分析技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工: 學(xué)刊, 2011(3): 44-47.

[11] 周聰, 袁平, 陳波, 等. 色素的納米紙色譜分離分析[J]. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 2011, 32(8): 1733-1736.

[12] 程楠, 董凱, 何景, 等. 食品中過(guò)氧化氫殘留快速檢測(cè)試紙的研制與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào), 2013, 21(12): 1103-1112.

[13] 張潔, 陳曉敏, 徐桂花, 等. 亞硝酸鹽快速檢測(cè)試紙的研制[J]. 食品科技, 2010, 35(8): 344-346.

[14] 杜雪, 田雨, 姜瞻梅, 等. 試紙法快速檢測(cè)生乳中尿素含量的研究[J].食品工業(yè), 2012, 33(12): 163-165.

[15] 王志琴, 王軍, 張曉紅, 等. 牛奶摻堿快速檢測(cè)試紙的研制[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 47(8): 1651-1655.

[16] 吉瑯, 廖晴, 呂維, 等. 中藥材中二氧化硫殘留量快速測(cè)定方法[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志, 2013, 19(10): 66-69.

[17] 謝俊平, 盧新. 酶抑制法快速檢測(cè)食品中重金屬研究進(jìn)展[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā), 2010, 31(8): 220-224.

[18] 邱靜. 我國(guó)主要農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)方法及產(chǎn)品現(xiàn)狀分析[J]. 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全, 2011, 17(5): 41-46.

[19] 盧瑛, 鄭世軍. 免疫學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào), 2006, 8(5): 5-12.

[20] 黃芬, 葉紹輝, 龔振明. 免疫層析快速診斷試紙條的制備及其應(yīng)用[J].當(dāng)代畜牧, 2006(8): 20-22.

[21] 孫秀蘭, 楊婷婷, 張銀志. 糧食中百草枯殘留的金標(biāo)免疫層析檢測(cè)方法研究[J]. 分析測(cè)試學(xué)報(bào), 2010, 29(5): 507-510.

[22] BAI Zhihong, LUO Yunbo, XU Wentao, et al. Development of a new fluorescence immunochromatography strip for detection of chloramphenicol residue in chicken muscles[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2013, 93(15): 3743-3747.

[23] 邵軍軍, 常惠蕓. 膠體金免疫層析試紙條在病原體檢測(cè)及醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用[J]. 實(shí)用診斷與治療雜志, 2008, 22(1): 39-40.

[24] TERRY C F, HARRIS N, PARKES H C. Detection of genetically modifi ed crops and their derivatives: critical steps in sample preparation and extraction[J]. Journal of AOAC International, 2002, 85(3): 768-774.

[25] 章銀良, 伍季, 鮑彤華. 牛奶中抗生素殘留檢測(cè)方法的研究現(xiàn)狀[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2006, 21(4): 21-25.

[26] 李洪, 龔濤, 達(dá)永淑, 等. 探討影響大腸菌群快速紙片法的因素[J].職業(yè)衛(wèi)生與病傷, 2002, 17(3): 198-199.

[27] 李宇, 姚盧悅. 菌落總數(shù)檢測(cè)紙片法與國(guó)標(biāo)方法的比較研究[J]. 食品工業(yè), 2012, 33(10): 157-159.

[28] 范讌萍, 王婷, 梁炎. 快速檢驗(yàn)紙片在食品微生物檢測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)藥指南, 2008, 6(19): 48-49.

[29] 曹成. 膠體金核酸層析檢測(cè) 5 種檢疫性植物病毒的研究[D]. 鄭州:河南工業(yè)大學(xué), 2011: 14-17.

[30] 霍金龍, 苗永旺, 曾養(yǎng)志. 基因芯片技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 生物技術(shù)通訊, 2007, 18(2): 329-332.

[31] CHOW W H A, MCCLOSKEY C, TONG Y, et al. Application of isothermal helicase-dependent amplification with a disposable detection device in a simple sensitive stool test for toxigenic clostridium diffi cile[J]. Journal of Molecular Diagnostics, 2008, 10(5): 452-458.

[32] HOU S Y, HSIAO Y L, LIN M S, et al. MicroRNA detection using lateral flow nucleic acid strips with gold nanoparticles[J]. Talanta, 2012, 99: 375-379.

[33] 丁耀魁, 沈娟, 馬黎黎. 快速檢測(cè)試紙條法在大豆轉(zhuǎn)基因檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 糧油食品科技, 2010, 18(2): 45-46.

[34] MANZ A, GRABER N, WIDMER H M. Miniaturized total chemical analysis systems: a novel concept for chemical sensing[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 1990, 1(1): 244-248.

[35] MARTINEZ A W, PHILLIPS S T, BUTTE M J, et al. Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2007, 46(8): 1318-1320.

[36] YAGER P, EDWARDS T, FU E, et al. Microfluidic diagnostic technologies for global public health[J]. Nature, 2006, 442: 412-418.

[37] CARRILHO E, PHILLIPS S T, VELLA S J, et al. Paper microzone plates[J]. Analytical Chemistry, 2009, 81(15): 5990-5998.

[38] MARTINEZ A W, PHILLIPS S T, WHITESIDES G M. Threedimensional microfluidic devices fabricated in layered paper and tape[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2008, 105(50): 19606-19611.

[39] LIU Hong, CROOKS R M. Three-dimensional paper microfluidic devices assembled using the principles of origami[J]. Journal of the American Chemical Society, 2011, 133(44): 17564-17566.

[40] LEWIS G G, DITUCCI M J, BAKER M S, et al. High throughput method for prototyping three-dimensional, paper-based microfluidic devices[J]. Lab Chip, 2012, 12(15): 2630-2633.

[41] LU Yi, LIU Juewen, MAZUMDAR D. Nanoparticles/dip stick[J]. Methods in Molecular Biology, 2009, 535: 223-239.

[42] OSWALD B, GRUBER M, B?HMER M, et al. Novel diode lasercompatible fluorophores and their application to sngle molecule detection, protein labeling and fl uorescence resonance energy transfer immunoassay[J]. Photochemistry and Photobiology, 2001, 74(2): 237-245.

[43] MAYHEW T M, MüHLFELD C, VANHECKE D, et al. A review of recent methods for effi ciently quantifying immunogold and other nanoparticles using TEM sections through cells, tissues and organs[J]. Annals of Anatomy-Anatomischer Anzeiger, 2009, 191(2): 153-170.

[44] MASINDE L A, SHENG Wei, XU Xin, et al. Colloidal gold based immunochromatographic strip for the simple and sensitive determination of afl atoxin B1 and B2 in corn and rice[J]. Microchimica Acta, 2013, 180(9/10): 921-928.

[45] SHENG Hongli, ZHANG Min, WU Renwei, et al. Development and evaluation of a colloidal gold immunochromatography strip for rapid detection of Vibrio parahaemolyticus in food[J]. Journal of Food Quality, 2012, 35(5): 366-371.

[46] WANG Jia, WANG Zhanhui, LIU Jing, et al. Nanocolloidal goldbased immuno-dip strip assay for rapid detection of Sudan red Ⅰin food samples[J]. Food Chemistry, 2013, 136(3/4): 1478-1483.

[47] HOU S Y, HSIAO Y L, LIN M S, et al. MicroRNA detection using lateral flow nucleic acid strips with gold nanoparticles[J]. Talanta, 2012, 99: 375-379.

[48] ZIJLMANS H, BONNET J, BURTON J, et al. Detection of cell and tissue surface antigens using up-converting phosphors: a new reporter technology[J]. Analytical Biochemistry, 1999, 267(1): 30-36.

[49] HONG Wenyan, HUANG Lihua, WANG Haoran, et al. Development of an up-converting phosphor technology-based 10-channel lateral fl ow assay for profi ling antibodies against Yersinia pestis[J]. Journal of Microbiological Methods, 2010, 83(2): 133-140.

[50] BEHARI J. Principles of nanoscience: an overview[J]. Indian Journal of Experimental Biology, 2010, 48(10): 1008-1019.

[51] PETRYAYEVA E, ALGAR W R. Proteolytic assays on quantum-dotmodifi ed paper substrates using simple optical readout platforms[J]. Analytical Chemistry, 2013, 85(18): 8817-8825.

[52] 鄭靜, 程圭芳, 馮婉娟, 等. 納米金和磁性納米顆粒在生物傳感器中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)世界, 2010, 51(5): 310-313.

[53] 劉輝榮. 基于納米磁性微球的免疫層析定量檢測(cè)技術(shù)研究[D]. 上海: 上海交通大學(xué), 2008: 76-77.

[54] SAHA M S, LI Ruying, SUN Xueliang, et al. 3-D composite electrodes for high performance PEM fuel cells composed of Pt supported on nitrogen-doped carbon nanotubes grown on carbon paper[J]. Electrochemistry Communications, 2009, 11(2): 438-441.

[55] ABERA A, CHOI J W. Quantitative lateral flow immunosensor using carbon nanotubes as label[J]. Analytical Methods, 2010, 2(11): 1819-1822.

[56] 周煥英, 高志賢, 崔曉亮. 試紙法在食品水質(zhì)及其它快速檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志, 2003, 21(2): 148-151.

[57] 房彥軍, 周煥英, 楊偉群, 等. 試紙-光電檢測(cè)儀快速測(cè)定食品中亞硝酸鹽的研究[J]. 解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志, 2004, 22(1): 18-21.

[58] 張峰. 基于圖像測(cè)量的便攜式金標(biāo)試紙分析儀的研制[D]. 吉林: 吉林大學(xué)通信工程學(xué)院, 2005: 9-10.

[59] SHAH P, ZHU Xuena, LI Chenzhong. Development of paper-based analytical kit for point-of-care testing[J]. Expert Review of Molecular Diagnostics, 2013, 13(1): 83-91.

[60] XU Li, BALLERINI D R, WEI Shen. A perspective on paper-based microfluidics: current status and future trends[J]. Biomicrofluidics, 2012, 6(1): 11301-11313.

[61] YAGER P, EDWARDS T, FU E, et al. Microfluidic diagnostic technologies for global public health[J]. Nature, 2006, 442: 412-418.

[62] DUNGCHAI W, CHAILAPAKUL O, HENRY C. Electrochemical detection for paper-based microfluidics[J]. Analytical Chemistry, 2009, 81(14): 5821-5826.

A Review on Research Progress of Test Strips for Rapid Food Safety Detection

CHENG Nan1, HE Jing2, DONG Kai1,3, LUO Yunbo1, XU Wentao1,2,4,*
(1. College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. Supervision, Inspection and Testing Center of Genetically Modifi ed Organisms Food Safety, Ministry of Agriculture, Beijing 100083, China; 3. Fudean of Beijing Technology Co. Ltd., Beijing 100083, China; 4. Beijing Laboratory of Food Quality and Safety, Beijing 100083, China)

As a simple, effi cient and low-cost detection approach, test strips provide an effective guarantee for the rapid detection of food safety. This article reviews the development of test strips based on paper chromatography, chemical colorimetry, enzyme inhibition, immunoassay, biochemistry and molecular biological technology. The applications of innovative approaches such as microfl uidic paper-based analytical devices, nano-material markers and paper analyzer in test strips are summarized. Finally, future prospects in this area are discussed.

test strip; food safety; rapid detection

TS201.6

A

1002-6630（2015）01-0256-06

10.7506/spkx1002-6630-201501049

2014-03-04

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2012AA101606）

程楠（1991—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称钒踩焖贆z測(cè)。E-mail：GoodLuckChengNan@163.com

*通信作者：許文濤（1979—），男，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称钒踩?。E-mail：Xuwentao1111@sina.com