光子晶体在食品有害物检测中的应用及展望

宋艳秋，彭媛，高志贤，何厚罗，徐天依，王明林

（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安271018；2.军事医学科学院卫生学环境医学研究所，天津300050）

光子晶体是由至少两种及以上介电常数不同的材料周期性排列所形成的，它具有独特的光学性质（布拉格衍射定律）及天然的结构色，可实现对响应信号的自表达。当光子晶体与响应性材料结合后，在外界环境刺激（物理、化学刺激等）的作用下会出现晶格间距的改变，导致结构色的变化，因此成为一种新型可视化检测材料。近年来，食品安全形势严峻，食品安全问题日益突出，有害物残留等问题屡屡发生。光子晶体检测技术实时快速并且结果直观，在食品有害物的检测中具有广阔的应用前景。

本文主要内容是光子晶体的定义，光子晶体的具体检测原理，光子晶体的主要制备方法以及光子晶体技术在食品有害物（真菌毒素残留问题、农兽药残留问题、抗生素残留问题、重金属残留及非法添加物等）中的检测应用现状。同时对光子晶体在食品有害物检测中未来应用的发展方向和前景进行展望，拟为光子晶体技术在食品有害物检测中的进一步研究和开发奠定基础。

1 光子晶体技术

光子晶体是由至少两种介电常数不同的材料周期性排列所形成的，它具有周期性的光子禁带，能够周期性的调制光波，符合布拉格衍射定律，因此具有独特的光学性质及天然的结构色，应用前景广泛。光子晶体是1987由Yablonovitch[1]和John[2]几乎同时在PhysicalReview Letters上发表论文提出的概念。从此以后，光子晶体由于其独特的光学性质，人们开始关注其在生化、物理、新型材料及传感器方向的应用前景。然而，光子晶体引起人们更广泛和深入研究是在1991年Yablonovitch首次提出其具有光子禁带后。值得一提的是1999年光子晶体被美国杂志《Science》列为未来的六大研究热点之一及1999年十大科学进展之一，因此光子晶体广阔的发展前景不言而喻。下面具体介绍光子晶体。

1.1 光子晶体定义

众所周知，由于光子晶体中不同介电常数的材料周期性排列成有序的结构导致其产生能带结构，当光波进入材料中后，周期性介电结构调控光波，使其传播途径发生改变，轨迹变为带状能带结构，当光波的传播频率与光子能带重合时，则该方向的光波无法实现传播，因此这种能带结构被称为“光子禁带”[3-4]。那么带有这种周期性光子禁带的材料被称为光子晶体。根据这种光子禁带的空间分布情况，光子晶体分为一维光子晶体、二维光子晶体及三维光子晶体3种。

1.2 光子晶体检测原理

光子晶体对光波的调制符合布拉格衍射原理，即：mλ=2nd sinθ，其中λ为衍射波长、d为晶格间距、n为材料的折射系数、m为布拉格衍射级数及θ为衍射角。由于介质材料的平均折射率n及晶格间距d发生改变都会引起衍射峰波长的改变。当光子晶体收到外界环境刺激时，例如温度变化[5]、电场变化[6-7]、磁场变化[8]、pH 值变化[9]或与物质特异性结合[10-20]，均会引起折射率的改变或晶格间距的改变，从而导致衍射峰波长的改变，最后反映在结构色的改变上，这是一种肉眼可识别的颜色变化，因此实现了可视化检测。

1.3 光子晶体的制备

自然界中存在许多天然的光子晶体，例如蝴蝶的翅膀[21]、孔雀的羽毛、蛇的鳞片、海老鼠的毛发及蛋白石[22-23]等。这些斑斓的颜色并不是色素的原因，而是由不同材料周期性排列所导致的。但是天然的光子晶体毕竟是少数的，要想充分利用光子晶体这种具有独特光学性质的材料，还需要人工制备光子晶体[24]才能满足人们的需求。近年来，各种各样的光子晶体制备方法涌现而出，但大致可以分为以下几类：

1）垂直沉降自组装法[25]即利用单分散的微球（二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、甲基丙烯酸甲酯微球等）自身的重力，垂直沉降自组装机制，紧密堆积形成三维有序的光子晶体结构。该技术目前相对成熟，主要制备蛋白石光子晶体，并且可以控制光子晶体的尺寸。

2）模板法[26-27]即以蛋白石光子晶体为模板，向微球间的缝隙中填充预聚合液，反应完成后再刻蚀掉原来的蛋白石光子晶体模板，形成三维有序的聚合物骨架，所以这类光子晶体也成为反蛋白石光子晶体。

3）微电子加工法[28]这种方法主要是通过电子束刻蚀、光刻等方法获得光子晶体。

4）激光全息法[29]这种方法是利用激光束的干涉，从而形成3D全息投影，然后将该投影透射到玻璃体或感光树脂上，再利用强光引发该物质聚合，反应完成后即制备出呈周期性结构的高度有序的光子晶体。

2 光子晶体技术在食品有害物检测中的应用现状

2.1 光子晶体技术在食品中真菌毒素检测中的应用现状

真菌毒素是由真菌物种产生的次级代谢产物，当谷物、饲料和食品在有利的温度和湿度条件下存储或加工时利于真菌生长。一旦真菌毒素污染谷物或饲料，就可能进入食物链，造成人类和动物疾病。例如，美国国际癌症研究机构将黄曲霉毒素B1（Aflatoxin B1，AFB1）列为第 I类致癌物[30]。约有 20 000～30 000 种独特的真菌毒素，至少数百种真菌毒素已被鉴定为有毒有害物质[31]。常见的危害性最大的真菌毒素主要有黄曲霉毒素B1、伏马菌素、赭曲霉毒素和柑橘素等[32]。因此，发展简单、经济高效、准确、高灵敏度和特异性的多重真菌毒素筛选技术对食品安全监测具有重要意义。

Li等[33]通过光子晶体微芯片技术检测食品中黄曲霉毒素B1（AFB1），伏马菌素B1（Fumonisin FB1，FB1）和柑橘素（Citrus，CIT）。将真菌毒素的人造抗原（Antigens，Ags）固定在3种二氧化硅光子晶体微球（Silica photonic crystalmicrospheres，SPCMs）悬浮阵列的表面上，建立了一种新颖，灵敏和高通量的多重真菌毒素竞争性免疫测定法。SPCMs由其反射峰位置编码。提取掺入谷物中的黄曲霉毒素B1（AFB1），伏马菌素B1（FB1）和柑橘素（CIT），将这些霉菌毒素的异硫氰酸荧光素标记抗体（Antibodies，Abs）加入到含有SPCMs修饰的人造抗原（Ags）。通过阵列荧光扫描仪收集荧光信号。检测限（Limitofdetection，LOD）分别为 0.5、1、0.8 pg/mL。新方法分别为AFB1，FB1和CIT提供了0.001 ng/mL至10 ng/mL，0.001 ng/mL 至 10 ng/mL，0.001 ng/mL 至1 ng/mL的宽线性检测范围。玉米，花生和小麦中3种真菌毒素的平均回收率分别为（74.7±4.0）%～（127.9±4.4）%。开发的霉菌毒素方法用于测定10种天然污染的谷物样品中的AFB1，FB1和CIT水平，检测结果与经典的酶联免疫吸附测定（Enzyme linked immunosorbentassay，ELISA）方法一致。该方法可以节省大量试剂（10μL体积）和检测时间（＜3 h），用于多重霉菌毒素测定。

Zheng等[34]基于适配体荧光信号恢复，在谷物样品中设计了一种新型高通量光子晶体微球（Highthroughputphotonic crystalmicrospheres，PHCMs） 悬浮阵列，用于检测食品中黄曲霉毒素（AFB1）、赭曲霉毒素A（Ochratoxin A，OTA）、伏马菌素B1（FB1）。分别用荧光染料和猝灭剂标记的真菌毒素适配体和适配体互补链固定在羧基化的PHCM表面。当相应的霉菌毒素靶标与其适配体结合时，PHCMs的荧光恢复信号强度报告了霉菌毒素的浓度。不同种类的霉菌毒素被PHCM的结构颜色区分开来。检测系统对AFB1、OTA及FB1的线性检测范围分别为0.1 ng/mL～10 ng/mL、0.1 ng/mL～10 ng/mL 及 0.1 pg/mL～0.1 ng/mL，检出限（LOD）分别为 15.96、3.96 fg/mL和11.04 pg/mL。该方法对AFB1，OTA和FB1的加标谷物样品的回收率与传统ELISA的回收率一致。对多重霉菌毒素具有超灵敏，高选择性和小体积的试剂需求等优点。

Xu[35]等开发了一种基于化学发光酶免疫测定（Chemiluminescent enzyme immunoassay assay，CLIA）的硅胶-水凝胶光子晶体微球（Silica-hydrogelphotonic crystalmicrospheres，SHPCM）悬浮阵列进行食品中多重真菌毒素检测。SHPCM的间隙被水凝胶材料占据，保留了二氧化硅光子晶体（Silica-hydrogel photonic crystalmicrosphere，SPCM）的结构颜色，不仅可以用反射峰或结构颜色的位置编码微球载体，而且可以减少非特异性蛋白质吸附，导致低背景信号。与SPCM和玻璃珠比较，SHPCM可以提供更宽的动态检测线性范围和较低的背景信号。AFB1、FB1和OTA的线性检测范围分别为 0.000 1 ng/mL～1 ng/mL、0.001 ng/mL～10 ng/mL、0.000 1 ng/mL～1 ng/mL。AFB1、FB1和 OTA 的水稻，玉米和小麦样品的回收率分别为（74.96±5.82）%～（104.87±5.77）%。通过高效液相色谱-串联质谱（High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry-Mass Spectrometry，HPLC-MS/MS）证实了该方法在20个实际谷物样品中检测到的阳性结果。结果表明，SHPCM悬浮液阵列可用于谷物样品中多种真菌毒素的高通量和敏感筛选。

2.2 光子晶体技术在食品中农药残留检测中的应用现状

近年来，世界各地对农产品使用农药去除真菌等害虫已成为常见的做法，但过度使用和不正确使用导致食品农药残留超标，严重影响人体健康[36-37]。由于农药广泛使用，监督不力，食品安全问题成为世界各地公众关注的重大问题。据不完全统计，使用农药总量的 70%左右是有机磷（Organic phosphorus，OP）农药和氨基甲酸酯（Carbamate，CM）农药[38]。因为它们在自然条件下的持久性相对较低，而且对消灭昆虫有效性很高，因此成为农业中广泛使用的农药。政府机构和国际组织制定了规定，确保食品中的农药浓度低于最大残留限量（Maximum residue limits，MRLs）[39]。因此，需要开发适合的分析方法来支持这些MRLs。因此，对农药的快速，灵敏，可靠的定量分析方法是非常重要的。

Yin等[40]开发了基于二氧化硅-水凝胶杂交微珠（Silica-hydrogelhybridmicrobeads，SHHM）的悬浮阵列的有机磷农药和氨基甲酸酯农药的多重检测技术。由二氧化硅和水凝胶材料组成的SHHM的主要优点是它们不仅可以通过其来自光子晶体的阻带的特征反射峰来区分，而且还具有低的非特异性吸附蛋白质。使用荧光免疫分析法测定了灭虫剂、毒死蜱、对硫磷、甲萘威及美托洛尔。它们的最低检出限分别为0.02、0.012、0.04、0.05、0.1 ng/mL，如欧盟农药数据库所报告的那样远远低于最大残留限量。所有这5种农药的测定系数均大于0.99，表现出良好的相关性。悬浮液阵列是特异性的，与其他化学物质没有显着的交叉反应性。使用该方法从农业样品中检测农药残留的结果与液相色谱-串联质谱法的结果一致。研究结果表明，这种简单的方法适合同时检测这5种水果和蔬菜中的农药残留。

Wang等[41]将胶体晶体模板法和分子印迹技术组合开发了一种用于快速无标记检测吡虫啉的传感技术。分子印迹光子晶体水凝胶膜（Molecular imprinted photonic hydrogels，MIPH）由甲基丙烯酸作为单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂和吡虫啉作为印迹模板分子制备。当去除胶体晶体模板和分子印迹模板时，所得到的MIPH膜具有纳米空间和高度有序的三维结构。可以通过可读的布拉格衍射红移来检测MIPH膜对水溶液中吡虫啉的反应。当吡虫啉的浓度从10-13g/mL增加到10-7g/mL时，布拉格衍射峰从551 nm偏移到589 nm，而噻虫嗪和啶虫脒没有明显的峰值偏移。该传感器由无标签技术和昂贵仪器组成，具有检测痕量吡虫啉的潜力。

Li等[42]基于胶体晶体模板和分子印迹技术，已经开发了在水溶液中有效检测阿特拉津的传感器平台。传感器的特征在于三维有序的互连大孔结构，其中源自阿特拉津印迹的许多纳米腔分布在形成的反聚合蛋白石的薄壁中。由于特殊的分层多孔结构，分子印迹的聚合蛋白石（或分子印迹光子聚合物；Molecularlyimprinted photonic polymer，MIPP）允许目标分析物的快速和超灵敏检测。互连的大孔有利于阿特拉津在聚合物膜中的快速传输，而分散在薄聚合物壁中的纳米孔穴的固有的高亲和力使得MIPP以高特异性识别阿特拉津。更重要的是，通过MIPP的有序大孔阵列的布拉格衍射峰位置的变化，可以将分子印迹对阿特拉津的识别转移（无标记）到可读光信号中，从而引起肉眼可见的颜色变化。使用这种新颖的感官系统，在水性介质中，直接，超敏感（低至10-8ng/mL），快速（少于30 s）和选择性检测浓度范围为10-16μmol/L至10-6μmol/L的阿特拉津在不使用标签技术和昂贵的仪器的情况下实现。

2.3 光子晶体技术在食品中抗生素残留检测中的应用现状

抗生素是用于治疗各种非病毒感染的药物，由于其价格便宜并且药效好，所以被广泛使用，甚至出现反复超量使用的情况[43-44]。虽然抗生素在医学及养殖业等中的益处很明显，但有些抗生素例如环丙沙星（Ciprofloxacin，CIP）已被证明是干扰生物系统，即使在低浓度下也会对细胞，器官，生物和群体表现出毒性作用[45]。抗生素残留可能通过诱导细菌耐药性的增殖而对生态系统和人体健康构成严重威胁[46]。因此，在各种样品中仔细监测抗生素，开发简单快速且灵敏有效的方法至关重要。

Song等[47]将分子印迹光子晶体（Molecularly Imprinted Photonic Crystal，MIP-PC）比色传感器与浓缩过程结合起来，首次制造了具有亲水疏水图案的高灵敏度比色传感器，以提高四环素（Tetracycline，TC）检测的灵敏度，这在食品检测中具有实际应用。这种MIP-PC比色传感器可以实现从青色到红色（大于200nm）的比色过渡，这是肉眼可以清楚地识别出来的。此外，通过将检测区域（MIP-PC点）的直径从1.35mm改变为2.79 mm，该传感器的检测范围可以从10×10-9mol/L～60×10-9mol/L 到 10×10-9mol/L～150×10-9mol/L。通过将10μL液滴富集到直径为1.35mm的MIP-PC点，检测限低到2×10-9mol/L。该结果比传统的MIP-PC膜低一个数量级。此外，系统地研究了检测区域与检测范围之间的关系，并将其作为扇形标准色卡。该结论对于在实际应用中设计具有合适尺寸的检测区域和检测范围的传感器是非常重要的。

Yu等[48]通过将三元复合物整合到响应光子晶体（Responsive photonic crystal，RPC）中，开发了环丙沙星特异性和超灵敏测量的新方法，可用于食品中环丙沙星残留的检测。首先将色氨酸固定在RPC的聚丙烯酰胺水凝胶底物内。环丙沙星的测定是通过存在锌（II）离子，其作为“桥”，逐步形成特定的色氨酸-锌（II）-环丙沙星复合物，导致衍射波长的逐步红移。当RPC膜浸渍在10-4mol/L环丙沙星中时，观察到环丙沙星从798 nm至870 nm的最大波长偏移。目前工作中最低可检测浓度约为5×10-11mol/L，线性范围为10-10mol/L到10-4mol/L。结果表明，设计的三元基于复合物的RPC传感器表现出高灵敏度，令人满意的特异性，并通过检测多种食品中环丙沙星进行了验证。

Huang等[49]采用自交联压印蛋白石（Close-packed opal，CPO）作为识别元件，开发了一种新型的光电传感器，用于检测氯霉素（Chloramphenicol，CAP）。自交联压印CPO膜由具有自组装和自交联性能的单分散的N-羟甲基丙烯酰胺颗粒（Molecular imprinted-N-hydroxymethylacrylamide particles，MI-HAM 颗粒）组成。这些颗粒自组装形成高度有序的CPO结构，并且同时相邻颗粒反应形成共价键以在空气/分散体下形成稳定CPO结构。因此，所获得的自交联压印CPO的特征在于高度稳定的三维（3D）CPO结构而且没有本体水凝胶基质的干扰，其中许多CAP识别位点通过分子印迹方法分散。识别位点固有的高亲和力允许自交联印记CPO以高特异性识别CAP，并且周期性结构的变化使得自交联印迹CPO将识别原件转移到可读光信号中。发现衍射强度降低和CAP浓度之间的线性关系在2 ng/mL至512 ng/mL的范围内，而CAP类似物没有明显的光学变化，因此表明传感器对CAP分子具有选择性和敏感反应。此外，该传感器被成功应用于检测饮用水样品中的CAP。因此，开发的传感器由于其便利性，低成本，可重复使用性，高灵敏度以及选择性可在食品中氯霉素残留的常规监测中具有广泛的应用前景。

2.4 光子晶体技术在食品中重金属残留检测中的应用现状

积累在自然资源中的重金属通过生物转化为有毒化学物质，如活生物体中的甲基汞，特别是海洋生物，对生物和环境造成不利影响，以不同形式进入食物链后严重影响人类健康[50-52]。部分重金属是生物有毒物质，不可生物降解，在环境中容易积聚，甚至在非常低的浓度下也会产生毒性作用。例如汞离子（Hg2+）以含水介质中甲基汞的形式进入食物链。甲基汞引起许多疾病，包括人体的感觉和神经损伤。人的心脏，肾脏，胃和肠也可能被汞离子严重损坏。重金属残留问题形势严峻，并在上个世纪引起了极大的关注[53-58]。因此，建立一种快速灵敏，简单有效的重金属检测方法至关重要。

Jana等[59]开发了一种用于感测水中高毒性汞离子（Hg2+）的新型水凝胶光子晶体。这种新的传感材料通过衍射来自聚合晶体胶体阵列（Polymerized crystalline colloidalarray，PCCA）的可见光来监测水中的Hg2+浓度。PCCA由高度单分散带电的聚苯乙烯颗粒的光衍射晶体胶体阵列（Crystalline colloidal array，CCA）组成，它们在聚丙烯酰胺水凝胶内聚合。水凝胶环境的变化触发了水凝胶的体积变化，改变了CCA的晶格间距，从而使光的衍射波长发生变化。偶联在PCCA表面的尿素酶（Urease on polymerized crystalline colloidal array，UPCCA）水解尿素并产生HCO3-，其和水凝胶内的NH4+离子产生离子响应。这些离子通过降低羧酸盐和聚丙烯酰胺骨架之间的静电排斥松弛而引起聚丙烯酰胺羧酸盐的电荷筛选，导致水凝胶的收缩。因此，UPCCA呈现衍射波长的蓝移。当UPCCA与尿素一起暴露于Hg2+并因此抑制离子的产生时，Hg2+作为尿素酶水解尿素的主要抑制剂，扰乱UPCCA水解尿素，这干扰了水凝胶的收缩。因此，与仅尿素相比，在Hg2+存在下，PCCA净蓝移减少。这种水凝胶体积变化的程度是Hg2+浓度的函数。这种UPCCA光子晶体传感器在水中能够检测到超低（1μg/L）浓度的Hg2+，表现出可逆性，并显示出对Hg2+的非常高的选择性。

Asher等[60]将能够与Pb2+结合的材料和刺激性水凝胶体结合建模，并用作光子晶体化学传感材料。该材料由含有冠醚分子识别基团的聚合晶体胶体阵列（Polymerized colloidalarray，PCCA）水凝胶组成。PCCA是聚丙烯酰胺水凝胶，其嵌入约100 nm的单分散聚苯乙烯颗粒的光衍射晶体胶体阵列，阵列间距设置为在可见光谱区域衍射光范围内。由Pb2+结合引起的水凝胶体积的变化改变阵列间距并移动衍射波长。该系统由于冠醚螯合基团固定Pb2+，Pb2+的结合固定其抗衡离子，导致Donnan电位产生渗透压使水凝胶膨胀。Asher等继续开发基于Flory凝胶膨胀理论的水凝胶膨胀预测模型。该检测系统能够有效的检测Pb2+在不同食物中的残留。

Ward等[61]开发了一种聚合的结晶胶体阵列光子材料（Polymerized crystalline colloidalarray photonicmaterial that sensesmetal cations in water at low concentrations，PCCACS），其以低浓度感测水中的金属阳离子。金属阳离子如 Cu2+，Co2+，Ni2+和 Zn2+与共价连接到 PCCACS上的8-羟基喹啉结合。在低金属浓度（＜μmol/L）下，阳离子形成与两个8-羟基喹啉的双重配位络合物，其与水凝胶交联并使其收缩，光子晶体衍射峰蓝移。在较高的阳离子浓度下，由于形成单配阳离子络合物，这些双重配体交联断裂从而导致衍射峰红移。Ward等已经扩展了水凝胶体积相变理论，以便对金属浓度的衍射依赖性进行定量建模。这些材料可用作剂量计，以感测极低的金属阳离子浓度，或作为浓度大于1μmol/L的传感器材料。可以从衍射光的颜色确定金属阳离子浓度，或者可以使用分光光度计通过反射率测定来确定。该感测材料可以在现场使用，将衍射色与金属阳离子浓度关系绘制色彩图，以在视觉上确定饮用水中的金属阳离子浓度。

2.5 光子晶体技术在食品中其他有害物检测中的应用现状

食品中除了真菌毒素、农药残留、抗生素残留及重金属残留等问题严重影响人类健康之外，还存在许多其他的有毒有害物质对人类健康造成威胁。光子晶体技术在食品中其他有毒有害物质检测具有广泛的应用前景。

Guo[62]提出了一种无需标记检测双酚A（Bisphenol A，BPA）的新型蛋白石光子晶体传感器（Opalphotonic crystalsensor，OPCS）。提出了基于组合光子晶体技术和分子印迹技术开发光子晶体传感器的概念。首先制备直径为（220±5）nm的BPA印迹单分散聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，PMMA）球，以BPA 为模板印迹，洗脱后，在PMMA球体中分布了许多源自BPA印迹的纳米空间。将液体单分散微球制成聚合晶体胶体阵列（PCCA）蛋白石光子晶体传感器。分布在球体中的纳米空间的固有高亲和力使得OPCS可以具体识别BPA。传感器的特点是具有三维有序的互连晶格结构。在单个微球之间，存在良好排列的孔，允许目标分子嵌入和运输。结果，传感器可以观察到与BPA浓度有关的衍射峰强度的变化。OPCS的检测范围为1ng/mL～1μg/mL水平。新的传感系统对目标分子的天然形态具有很高的选择性，易于使用，成本低廉。总之，所提出的方法提供了一个通用的分析系统，用于建立一种检测食品中BPA残留的新型传感器。

Kennedy等[63]在芯片中制造了纳米级的孔穴来构建光子晶体，该光子晶体用于增强常见的食源性毒素葡萄球菌肠毒素B（StaphylococcusEnterotoxin B，SEB）的免疫测定。阵列中的光子晶体（Photonic crystal，PC）的纳米结构由于引导模式共振而增强了荧光信号。使用纳米颗粒作为固体底物捕获抗体，然后通过使用电泳颗粒捕获系统（Electrophoretic particle entrapment system，EPES）将颗粒分离在芯片的各个孔中。从芯片产生的标准曲线由两个对数线性区域组成：具有较高灵敏度的第一区域受抗体的Kd限制，类似于96孔板ELISA，另一个区域显示大于6个数量级的线性范围，这是这种器件所独有的。溶解在磷酸盐缓冲盐水中的SEB被稀释到低至35μmol/L的水平，与传统的96孔板ELISA相比，检测限超过106倍。测试了不同浓度的SEB掺入牛奶中以评估该装置的可靠性以及扩展对数线性方案在“真实”食品矩阵中的功效。牛奶的存在没有显着改变检测限。以非常少量的样品（小于10μL）和快速读出时间，基于PC的系统对于具有接近单分子灵敏度水平的各种靶分子的检测显示出巨大的前景。

Chakravarty等[64]用芯片上的近红外吸收光谱，通过复用光子晶体波导（Photonic crystal waveguides，PCWs）实验证明同时选择性地检测二甲苯和三氯乙烯（Trichloroethylene，TCE）。基于光子晶体结构的慢光子效应，该器件的灵敏度在二甲苯中提高到1μg/L，在水中增加10μg/L。多模干扰功率分配器和Y组合器的结合使PCWs在绝缘体硅平台上的硅芯片上实现了多路复用。同时使选择性的检测食品中二甲苯和三氯乙烯成为可能。

3 前景与展望

光子晶体技术虽然能够简单快速、灵敏高效、实时快速可视化的检测食品中有害物质，但其在食品安全检测应用中仍存在一定的问题。例如部分光子晶体传感材料选择性无法保证，样品检测时容易受样品基质中溶液极性及pH值影响；光子晶体传感材料的识别原件大多以抗体、酶及适配体为主，而这些识别原件对于保存条件较为苛刻，不稳定，使用寿命较短；光子晶体传感技术的制备材料受限，这也限制了光子晶体技术的发展。针对上述问题，光子晶体技术在食品有害物检测中应用应主要向以下几个方面发展：

1）将相应的样品前处理技术与光子晶体技术结合，提高光子晶体的选择性，从而更精确的检测食品中有害物质。

2）选择易于保存、性质稳定且使用寿命长的识别原件，例如化学键、分子印迹等，使光子晶体技术能够长期有效的检测食品中有害物质。

3）不断尝试新的光子晶体制备材料，或者将几种现有材料组合开发出新的材料，从而拓宽了光子晶体在食品有害物质检测中的应用，使其具有更广阔的应用前景。

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