生物芯片技術(shù)在食品科學(xué)中的應(yīng)用研究

顧朋

摘 要：分析了生物芯片技術(shù)及其原理，并詳細(xì)探究了生物芯片的工作流程和在食品科學(xué)當(dāng)中的具體應(yīng)用，希望此次理論研究對(duì)食品科學(xué)的發(fā)展有所裨益。

關(guān)鍵詞：生物芯片技術(shù)；食品科學(xué)；微生物；食品衛(wèi)生

中圖分類號(hào)：TS207 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.033

隨著人們生活質(zhì)量的提升，人們對(duì)食品安全問(wèn)題越來(lái)越重視，所以對(duì)食品成分進(jìn)行鑒定就顯得尤為重要。生物芯片技術(shù)在食品科學(xué)中有著關(guān)鍵作用，能夠在一定程度上保障食品的安全性。

1 生物芯片技術(shù)及其原理

1.1 生物芯片技術(shù)的內(nèi)涵

生物芯片是通過(guò)光導(dǎo)原位合成方式將大量生物分子有序固化在支持物表面，然后組成密集二維分子并排列，與已標(biāo)記的待測(cè)生物樣品雜交，最后通過(guò)特定儀器的高效掃描和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析計(jì)算等構(gòu)建的生物學(xué)模型。生物芯片從概念上來(lái)說(shuō)屬于計(jì)算機(jī)芯片，這是因?yàn)槠渲苽涔に嚺c計(jì)算機(jī)芯片有很大的相似性。它的類型也比較多樣，包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片等。

1.2 生物芯片的作業(yè)原理

生物芯片的作業(yè)原理是在核算分子堿基間互補(bǔ)配對(duì)，然后通過(guò)信息技術(shù)、微電子技術(shù)和光電子技術(shù)等，把基因分子排列在支持物表面，從而構(gòu)成微點(diǎn)陣。在人類基因組計(jì)劃的實(shí)施中，基因的互補(bǔ)配對(duì)原理為分子生物學(xué)的研究及其在臨床實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用等打下了良好的基礎(chǔ)。根據(jù)堿基配對(duì)原理實(shí)施的基因測(cè)序步驟是先確定一個(gè)化學(xué)結(jié)構(gòu)片段，然后加入樣品、確定結(jié)果，最后通過(guò)熒光標(biāo)記法來(lái)獲得檢測(cè)結(jié)果。

2 生物芯片的工作流程和具體應(yīng)用

2.1 生物芯片的工作流程

生物芯片的工作流程為：①構(gòu)建芯片。構(gòu)建芯片是通過(guò)表面化學(xué)方法和組合法來(lái)處理芯片，然后將基因片段和蛋白質(zhì)分子按照順序排列在芯片上。由于芯片種類較多，所以制備方法各不相同，主要有微矩陣點(diǎn)樣法和原位合成法兩種。其中，微矩陣點(diǎn)樣法是通過(guò)液相化學(xué)合成寡核苷酸鏈探針，然后通過(guò)陣列復(fù)制器將紫外線交聯(lián)固定后得到芯片；原位合成法主要是通過(guò)光導(dǎo)化學(xué)合成技術(shù)在載體表面合成寡核苷酸探針。②樣品制備階段。這一過(guò)程主要是復(fù)雜生物分子合體，所以要進(jìn)行生物處理。③生物分子反應(yīng)。這是芯片檢測(cè)比較關(guān)鍵的步驟，反應(yīng)過(guò)程需要滿足高鹽濃度、低溫和長(zhǎng)時(shí)間這三個(gè)條件。④反應(yīng)圖譜的檢測(cè)和分析。當(dāng)生物芯片和熒光標(biāo)記目標(biāo)基因雜交之后，就可以通過(guò)激光共聚焦掃描芯片把芯片測(cè)定結(jié)果轉(zhuǎn)換成圖像或數(shù)據(jù)。

2.2 在食品科學(xué)中的具體應(yīng)用

2.2.1 闡明食品的營(yíng)養(yǎng)機(jī)理

將生物芯片技術(shù)應(yīng)用于食品科學(xué)中能夠闡明食品的營(yíng)養(yǎng)機(jī)理，這有利于疾病發(fā)生的基因表達(dá)和單核苷酸多態(tài)性的研究，也有利于預(yù)防疾病、總結(jié)營(yíng)養(yǎng)素之間的關(guān)系。使用生物芯片技術(shù)能夠闡明營(yíng)養(yǎng)素與蛋白質(zhì)、基因表達(dá)的關(guān)系，這就為疾病的抵抗和預(yù)防提供了理論依據(jù)。

2.2.2 檢驗(yàn)食品衛(wèi)生

生物芯片技術(shù)在食品衛(wèi)生的檢驗(yàn)中發(fā)揮著很大的作用。經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展使得食品衛(wèi)生檢驗(yàn)和動(dòng)植物檢疫技術(shù)成為了世貿(mào)組織貿(mào)易技術(shù)壁壘，食品安全問(wèn)題直接影響了我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的出口創(chuàng)匯能力。而生物芯片技術(shù)的應(yīng)用可以為食品安全提供更多的保障——確定食源性疾病閾值，從而構(gòu)建食品監(jiān)督管理預(yù)警和快速反應(yīng)系統(tǒng)。這一技術(shù)在食品生物重要基因的篩選和檢測(cè)中發(fā)揮了重要作用。使用生物芯片技術(shù)檢測(cè)食源性致病菌的步驟為：①樣品前的增菌。使用傳統(tǒng)增菌技術(shù)需要2 d時(shí)間，有時(shí)會(huì)更長(zhǎng)，而使用生物芯片技術(shù)只需要8 h左右。②核酸提取。該過(guò)程0.5 h就能完成。③核酸擴(kuò)增。在這一過(guò)程中，針對(duì)芯片高通量檢測(cè)，要構(gòu)建高效的多重不對(duì)稱PCR。④芯片雜交和檢測(cè)。

2.2.3 檢測(cè)食品中的病原性微生物

將生物芯片技術(shù)應(yīng)用于食品的微生物檢測(cè)中，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)出食品當(dāng)中的病原性微生物，并了解這些微生物的污染情況。這些致病微生物會(huì)對(duì)人類健康造成嚴(yán)重威脅。此外，還可將這一技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因食品的檢測(cè)中，有效辨別轉(zhuǎn)基因食品和非轉(zhuǎn)基因食品。

3 生物芯片技術(shù)的不足

生物芯片技術(shù)的不足主要體現(xiàn)在：①在應(yīng)用方面，還需要進(jìn)一步提升其性能，以滿足當(dāng)前的實(shí)際需求。②應(yīng)用中的靈敏度較低。③當(dāng)前生物芯片技術(shù)的檢測(cè)程序一體化還得不到有效完善，熒光標(biāo)記技術(shù)所需要的系統(tǒng)價(jià)格較高，難以全面普及。④微細(xì)制備技術(shù)還需進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)此，要提高生物芯片的微陣列密度，因?yàn)槊芏仍礁?，可檢測(cè)的信息就越豐富。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，生物芯片技術(shù)在食品科學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用要與實(shí)際情況緊密聯(lián)系。作為新興的生物技術(shù)，生物芯片技術(shù)在應(yīng)用范圍的擴(kuò)展和作用的發(fā)揮上還有很大的空間。通過(guò)不斷應(yīng)用和優(yōu)化這一技術(shù)，能夠提高食品安全檢測(cè)的水平和效率。

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〔編輯：王霞〕