2022年生物芯片及其在食品中的应用前景 .pdf

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1、149综述食品科学2003,Vol.24,No.9收稿日期：作者简介：孙秀兰，女，在读博士。生物芯片及其在食品中的应用前景孙秀兰，赵晓联，张银志，汤 坚（江南大学测试中心，无锡）（江苏省微生物所，无锡）（陕西省汉中市技术监督局，汉中）摘要：生物芯片是一种全新微量分析技术，被誉为 世纪生命支撑平台。本文探讨了生物芯片两大理论基础分子生物技术和微细加工技术；综述了包括基因芯片、蛋白芯片和芯片缩微实验室三类生物芯片的研究应用现状；深入深讨了生物芯片在食品中的应用前景，主要表现在食品毒理学、食品卫生检验、分子水平上阐述食品营养机理、中草药筛选及药理研究及转基因食品的检测。关键词：生物芯片；食品；应用前

2、景：，、：；中图分类号：文献标识码：文章编号：（）率），并测定其（，二硝基苯肼比色法）、叶绿素 等理化指标。由表可见，韭薹贮藏至时，袋序号为，的保鲜袋贮藏质量最优，与鲜韭薹（：，叶绿素：，可食率：）无显著性差异。故韭薹适宜气体组成确定为的 和 的。根据适宜气体组成及回归方程设计保鲜袋例：设计贮藏量为，所用保鲜袋的面积为，问（）应选用多大厚度的聚乙烯薄膜可使袋内 达到？（）在该条件下保鲜袋内浓度为多大？解：由 当 时，解得，当 时，解得，故应选用 厚的聚乙烯薄膜，此时袋内 浓度，由回归方程（）得为 小结以产品呼吸及薄膜渗气，在一定条件下达到相对平衡为依据，确定了袋内（或 ）的浓度与贮藏量、薄膜厚

3、度、薄膜面积之间的线性关系。从而解决了韭薹贮藏保鲜袋的设计问题。试验表明，若选用高压聚乙烯为原料，在 的恒温库内贮藏，贮藏量，薄膜厚度，保鲜袋面积，韭薹贮藏可达 以上，产品质量新鲜如初，可食率 。韭薹保鲜袋的设计方法对其它品种的果蔬保鲜袋的设计也具有参考价值。参考文献：张欣，李坤，马明韭薹冷藏试验效果山东农业大学学报（自然科学版），：李志澄，刘斌蔬菜现代贮藏技术上海科学技术出版社，郑大素，江允正 最优化方法及实用程序哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，中华人民共和国国家标准，二硝基苯肼比色法 江苏农学院植物生理教研组编叶绿素含量的测定植物生理生化实验，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第

4、 1 页，共 4 页 -2003,V ol.24,No.9食品科学综述150生物芯片是九十年代初发展起来的一种全新的微量分析技术，综合了分子生物技术、微加工技术、免疫学、计算机等多项技术，使生命科学研究中不连续的分析过程，集成在芯片上完成，实现样品检测分析过程的连续化、集成化、微型化和信息化。生物芯片技术作为新一代生物技术，在食品领域中有着广阔的应用前景。理论基础生物芯片即在硅片或玻璃片上，将大量的生物探针（基因探针、基因片段、抗原、抗体）按特定方式固定的排列，形成可供反应的固相载体。在一定条件下，与荧光标记过的待检测样品进行作用，反应结果用化学荧光法、酶标法、同位素法显示，通过精密的扫描仪等

5、光学仪器进行数据采集，并借助计算机软件进行数据分析。生物芯片的发展得益于很多新技术，但基本上源自于两大创新领域的结合，：分子生物技术（）和微细加工技术（）。分子生物技术伴随着人类基因组计划的逐步实施，分子生物技术取得了很大突破：首先是体外基因扩增技术（）实现了核酸样品的快速制备和放大，基因扩增后可进行基因测序；其次是基因探针技术。在生物医学领域实现检测自动化对基因测序非常重要，基因探针技术的发展使得这一问题迎刃而解，它也是促使生物芯片快速发展的最为关键的技术之一。基因探针技术最早应追溯到 数 十 年 前 的 生 物 技 术 中 的 重 大 发 现 年发现的基因配对原则，我们可以通过基因片断来推

6、断基因的其他序列，。最早的基因芯片就是利用基因片段作为生物探针进行检测的。另外荧光标记技术对生物芯片研究具有重要意义。目前生物探针大多采用荧光标记法，生物芯片检测是根据样品与探针反应点的荧光信号强弱，借助扫描同聚焦显微镜进行扫描和结果 输 出。微细加工技术然而促使生物芯片取得微米乃至纳米级微阵列成功的是微细加工技术的发展。这项技术源自于计算机芯片的制作。微细加工技术使得数以万计的生物探针（如 片断蛋白质抗原和抗体）等微观结构成功的排列在很小的芯片载体上，从而保证了生物芯片检测的集成化、微型化和高通量化。目前研究者们正在进行所谓纳米加工技术，应用到上千种微加工先进工艺，但所有这一切必须以分子结构

7、工程技术做为理论支持，而要实现该技术在生物芯片上的应用还需很长的一段路要走。分类按照生物芯片的发展过程可分为基因芯片、蛋白质芯片和芯片缩微实验室三类。基因芯片（）最初的生物芯片主要用于基因测序、基因表达图谱的鉴定和基因突变的分析与检测，而且随着人类基因组计划的逐步实施以及分子生物学的迅猛发展，基因芯片已成为生物芯片中最重要的一类。早在八十年代，等人就将短的 片断固定在支持物上，借助杂交方式进行序列测定。但基因芯片从实验室走向工业化却是直接得益于探针固相原位合成技术和照相平板印刷技术的有机结合，。基因芯片的主要原理是：将大量的探针分子固定在支持物上，根据碱基互补配对原理，与标记的样品分子杂交，检

8、测杂交信号的强度及分布，获取样品分子的数量和序列分析信息。根据制作方法不同，基因芯片包括寡核苷酸芯片 和微量点样芯片 。芯片制备方法以直接在基片上原位合成为主，基本用途是基因杂交测序。制备芯片采用合成后点样法，主要用于检测基因表达的种类和强度，探索基因功能、进行疾病诊断等。蛋白质芯片（）随着生物技术的发展，以蛋白质为研究对象的蛋白组学的研究越来越重要，发展高通量、微型化、自动化的蛋白质检测技术已成必要。蛋白质芯片利用抗体与抗原结合的特异性，实现抗原抗体的互检即蛋白质的检测。由于蛋白质不能靠扩增的方法达到要求的灵敏度，蛋白质之间的特异作用是利用抗原与抗体反应，没有序列特异性，而只有专一性，所以检

9、测蛋白质沿用基因芯片的模式有一定的局限性。探针蛋白一般选择单克隆抗体。蛋白质很难在固相载体表面合成，并且固体表面的蛋白质易于改变空间构象，失去生物活性，所以蛋白质芯片的制作比基因芯片复杂。构建蛋白质方阵需解决三个问题，一保持蛋白的活性，二保证蛋白质正确定位，三与现存的基因微型方阵研究工具相兼容。最早研究和发展蛋白质芯片的公司是，但以化学型蛋白芯片为主，不能用于免疫检测。等于年开始研究蛋白质免疫芯片。（）首次把蛋白质芯片的概念用于基因组范围内的蛋白质研究，并采用酵母双杂交系统构造了蛋白质芯片。（）采用微型聚丙烯酰胺凝胶作为固相载体固定探针蛋白，却因无法保持探针蛋白的活性，限制了蛋白质芯片的发展。

10、等（）的研究成功的解决了这一问题。他们首先在点样的纳升级溶液中加入 甘油，并在玻片表面覆盖一层牛血清白蛋白 膜，提供亲水性表面防止探针蛋白变性。该项研究使得蛋白质芯片制作方面获得突破性进展。相信不久的将来，蛋白质芯片会进一步成熟，走向商业化。芯片缩微实验室（）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -151综述食品科学2003,Vol.24,No.9芯片缩微实验室是集样品制备、基因扩增、核酸标记及检测为一体，实现生化分析全过程，是生物芯片发展的最高阶段，。目前所有的生物芯片公司都已经意识到了这一点。美国临床化学教授报道，为了实现这一目标生物芯片必须以微电流平台作为

11、支撑，只有把样品制备、分析和信号获得三部分连为整体，才能开发出生物芯片应用的最大潜力，。生物芯片在食品中的应用前景 食品毒理学研究传统的食品毒理学研究必须通过动物实验模式来进行模糊评判，步骤繁琐且准确度不高。生物芯片技术的应用将在毒理学领域带来一场革命（等，）。生物芯片可以同时对几千个基因的表达进行分析，为研究新型食品资源对人体免疫系统影响机理提供完整的技术资料。可同时对单个或多个混合体有害成分进行分析，确定该化学物质在低剂量条件下的毒性，并且分析推断出该物质的最低限量 。食品卫生检验随着经济全球化的发展，食品卫生检验与动植物检疫技术已成为贸易技术壁垒（），。世界各国无不加大对食品安全的研究，

12、尤其是食品卫生检验技术的完善。食品的安全性问题已制约了我国农产品的出口创汇能力以及加入 后的国际竞争力。生物芯片技术是检验、检疫 中 最 快 速、大 通 量、最适用的高新技术。针对检验的内容和对象的不同，检验基因芯片可分为种：食品卫生检验芯片；植物检验芯片；动物检验芯片。针对目前存在的对食品安全情况不明、本底不清的状态，建立健全食品安全检验检疫监测体系，对食品安全状态有一个快速的、科学的、量化的了解，找出食源性疾病的阈值；建立进出口食品监督管理的预警和快速反应 系 统。分子水平上阐述食品营养机理大量资料表明，很多食品诸如番茄、芹菜、大蒜等均被证明具有抗癌和防止心血管硬化等功效，但营养机理尚不清

13、楚。研究疾病发生的基因表达和单核苷酸多态性，有利于总结出疾病预防治疗与营养素、基因产物之间存在的微妙关系，完成此项工作需要依赖高效的生物技术，。生物芯片技术将在食品营养研究领域中发挥重要作用。利用生物芯片技术研究营养素与蛋白质和基因表达的关系，为揭示抗病和预防机理提供理论依据。如营养与肿瘤相关基因表达的研究（抑癌基因表达与突变）；营养与心脑血管疾病关系的分子学研究；营养与高血压、糖尿病和免疫系统的分子水平研究等。例如，近年来已有报道，发现了与营养及肥胖有关的蛋白和基因，如 瘦 素、神 经 肽、增 食 因 子、载 脂 蛋 白、黑色素、皮质素等，应用生物芯片技术将提示肥胖的发病机理。中草药筛选及药

14、理研究我国资源辽阔，中医历史悠久，以中草药神奇的功效而闻名于海内外，但是一直以来中草药功效成分和药效机理成了不解之谜。使得中草药功效成分难以鉴定，极大地限制了我国中草药的出口。多年的药理基因组学研究和临床证实，疾病发生与治疗是环境因素和多重基因产物之间作用的结果，为总结出这些复杂的内在关系，科学家正在研究与疾病关系密切的基因的表达方式即靶基因。在中草药筛选和药理研究过程中，选择合适的靶基因是关键因素。利用生物芯片可迅速比较正常组织及病变组织中相关基因表达的变化，迅速确定靶基因，同时对上千种中药真伪和有效成分进行快速鉴定，确定药物分子的有效性毒性和最佳剂量，从而为中草药筛选和药理研究另辟蹊径 。

15、转基因食品的检测自 年，美国第一个转基因植物产品转基因番茄获得 的批准进入市场以来，转基因农作物在全球内飞速发展，年种植面积就达到了万公顷，而且将来还会增加。由于转基因食品含有转基因技术导入的外源基因和外源基因在受体内的表达产物，所以对其安全问题争议很大。目前国际上还没有一份严肃的科学报告证实转基因食品是永久安全的。世界许多发达国家相继立法要求对转基因食品进行标注销售，我国卫生部于 年 月也作了转基因食品标注销售的规定。对转基因作物或转基因食品的检测和鉴定不仅成为满足公众晓知权的必要技术，而且也是相关法规的必然要求。传统的检测方法如和 存在步骤复杂，准确度差等缺点。生物芯片通过设计不同的探针阵

16、列、使用特定的分析方法可使该技术具有很高的应用价值，具有高通量、微型化、自动化和信息化的特点，是转基因检测的方 向。参考文献：，：，：，：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 4 页 -2003,V ol.24,No.9食品科学综述152，：，：，：，：，（），：，：，（）：，：，（）：，（）：，：，：，（）：，：，：，：白东亭生物芯片技术及其应用中国生物制品学杂志，（）：，（）：，：李君文生物芯片技术在预防医学领域的应用展望解放军预防医学杂志，（）：高华方生物芯片技术及其生命科学中的研究与应用科学前沿与学术评论，：李民，周宗灿 蛋白质芯片生命的化学，（）：，：免疫乳的

17、研究与开发利用郭军，张和平，杨月欣（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，呼和浩特）（中国疾病预防控制中心营养与食品安全研究所，北京）摘要：免疫乳是一种新概念天然保健食品。本文对免疫乳和与其相关的初乳的概念、主要生理活性成份、生理作用以及国内外研究开发历史和现状进行了综述。年起，我国一些科研工作者开始对免疫乳及其制品进行了较为深入的研究和中试开发。目前国内已有普通初乳产品，但尚无真正意义上的免疫乳制品生产。认为免疫乳及其制品具有很大的发展前景。关键词：免疫乳；初乳；开发利用：，（），收稿日期：作者简介：郭军（）男，在读博士，主要从事营养与食品科学方面的研究工作。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 4 页 -