生物芯片技术在食品科学中的应用研究

顾朋

摘 要：分析了生物芯片技术及其原理，并详细探究了生物芯片的工作流程和在食品科学当中的具体应用，希望此次理论研究对食品科学的发展有所裨益。

关键词：生物芯片技术；食品科学；微生物；食品卫生

中图分类号：TS207 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.033

随着人们生活质量的提升，人们对食品安全问题越来越重视，所以对食品成分进行鉴定就显得尤为重要。生物芯片技术在食品科学中有着关键作用，能够在一定程度上保障食品的安全性。

1 生物芯片技术及其原理

1.1 生物芯片技术的内涵

生物芯片是通过光导原位合成方式将大量生物分子有序固化在支持物表面，然后组成密集二维分子并排列，与已标记的待测生物样品杂交，最后通过特定仪器的高效扫描和计算机数据分析计算等构建的生物学模型。生物芯片从概念上来说属于计算机芯片，这是因为其制备工艺与计算机芯片有很大的相似性。它的类型也比较多样，包括基因芯片、蛋白质芯片等。

1.2 生物芯片的作业原理

生物芯片的作业原理是在核算分子碱基间互补配对，然后通过信息技术、微电子技术和光电子技术等，把基因分子排列在支持物表面，从而构成微点阵。在人类基因组计划的实施中，基因的互补配对原理为分子生物学的研究及其在临床实验中的应用等打下了良好的基础。根据碱基配对原理实施的基因测序步骤是先确定一个化学结构片段，然后加入样品、确定结果，最后通过荧光标记法来获得检测结果。

2 生物芯片的工作流程和具体应用

2.1 生物芯片的工作流程

生物芯片的工作流程为：①构建芯片。构建芯片是通过表面化学方法和组合法来处理芯片，然后将基因片段和蛋白质分子按照顺序排列在芯片上。由于芯片种类较多，所以制备方法各不相同，主要有微矩阵点样法和原位合成法两种。其中，微矩阵点样法是通过液相化学合成寡核苷酸链探针，然后通过阵列复制器将紫外线交联固定后得到芯片；原位合成法主要是通过光导化学合成技术在载体表面合成寡核苷酸探针。②样品制备阶段。这一过程主要是复杂生物分子合体，所以要进行生物处理。③生物分子反应。这是芯片检测比较关键的步骤，反应过程需要满足高盐浓度、低温和长时间这三个条件。④反应图谱的检测和分析。当生物芯片和荧光标记目标基因杂交之后，就可以通过激光共聚焦扫描芯片把芯片测定结果转换成图像或数据。

2.2 在食品科学中的具体应用

2.2.1 阐明食品的营养机理

将生物芯片技术应用于食品科学中能够阐明食品的营养机理，这有利于疾病发生的基因表达和单核苷酸多态性的研究，也有利于预防疾病、总结营养素之间的关系。使用生物芯片技术能够阐明营养素与蛋白质、基因表达的关系，这就为疾病的抵抗和预防提供了理论依据。

2.2.2 检验食品卫生

生物芯片技术在食品卫生的检验中发挥着很大的作用。经济全球化的发展使得食品卫生检验和动植物检疫技术成为了世贸组织贸易技术壁垒，食品安全问题直接影响了我国农产品的出口创汇能力。而生物芯片技术的应用可以为食品安全提供更多的保障——确定食源性疾病阈值，从而构建食品监督管理预警和快速反应系统。这一技术在食品生物重要基因的筛选和检测中发挥了重要作用。使用生物芯片技术检测食源性致病菌的步骤为：①样品前的增菌。使用传统增菌技术需要2 d时间，有时会更长，而使用生物芯片技术只需要8 h左右。②核酸提取。该过程0.5 h就能完成。③核酸扩增。在这一过程中，针对芯片高通量检测，要构建高效的多重不对称PCR。④芯片杂交和检测。

2.2.3 检测食品中的病原性微生物

将生物芯片技术应用于食品的微生物检测中，能够及时、准确地检测出食品当中的病原性微生物，并了解这些微生物的污染情况。这些致病微生物会对人类健康造成严重威胁。此外，还可将这一技术应用于转基因食品的检测中，有效辨别转基因食品和非转基因食品。

3 生物芯片技术的不足

生物芯片技术的不足主要体现在：①在应用方面，还需要进一步提升其性能，以满足当前的实际需求。②应用中的灵敏度较低。③当前生物芯片技术的检测程序一体化还得不到有效完善，荧光标记技术所需要的系统价格较高，难以全面普及。④微细制备技术还需进一步优化。对此，要提高生物芯片的微阵列密度，因为密度越高，可检测的信息就越丰富。

4 结束语

总而言之，生物芯片技术在食品科学中的实际应用要与实际情况紧密联系。作为新兴的生物技术，生物芯片技术在应用范围的扩展和作用的发挥上还有很大的空间。通过不断应用和优化这一技术，能够提高食品安全检测的水平和效率。

参考文献

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〔编辑：王霞〕