生物芯片是20世纪90年代初发展起来的一种全新的微量分析技术。生物芯片是指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。生物芯片技术的最大特点是高通量并行分析，它综合了分子生物技术、微加工技术、免疫学、化学、物理、计算机等多项学科技术，使生命科学研究中不连续的、离散的分析过程集成在芯片上完成C芯片上集成了成千上万密集排列的分子微阵列或分析元件，能够在短时间内分析大量的生物分子，快速准确地获取样品中的生物信息，检侧效率是传统检测手段的成百上千倍。这门新兴技术的出现为生命科学研究、食品卫生检验、疾病诊断与治疗等领域带来一场革命。

(一)生物芯片的原理

生物芯片采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等生物样品有序地固化于支持物(如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体)的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交，通过特定的仪器如激光共聚焦扫描或电荷偶联摄像机，对杂交信号的强度进行快速、并行、高效的检测分析，从而判断样品中靶分子(细胞、蛋白质、基因及其他生物组分)的数量。

(二)生物芯片的工作流程

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，然后将基因片段或蛋白质等生物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。

2．样品制备阶段

生物样品往往是非常复杂的生物分子混合体，除少数特殊样品外，一般不能直接与芯片反应，因此需要对样品进行生物处理(如提取、扩增)，以获取其中所需的蛋白质或DNA、RNA等，并对其进行荧光标记，作为后续反应的检测信号。

3．生物分子反应

这一步骤是芯片检测比较关键的一步，但这个过程本身非常复杂，其复杂程度和具体控制条件是根据芯片的种类而决定的，若检测DNA表达，则反应必须在盐浓度高、温度低的环境下进行；若检测蛋白质，则必须满足是抗体和抗原特异性反应所需的条件。也就是说，通过选择合适的反应条件使生物分子间反应处于最佳状况，减少生物分子之间的错配比率，从而获取最能反映生物本质的信号。

4.反应图谱的检测和分析

将芯片置于芯片扫描仪中，通过扫描以获得有关生物信息，然后利用计算机软件所得数据进行分析处理。

(三)生物芯片主要特点

1．高通量

提高实验进程，利于显示图谱的快速对照和阅读：

2．微型化

减少试剂用量和反应液体积，提高样品浓度和反应速度

3．自动化

降低成本和保证质量。

(四)生物芯片技术在食品检测中的应用

1．生物芯片技术在转基因食品检测方面的应用

就目前转基因食品检测中常用的ELISA和PCR技术而言，最大的缺陷是检测范围窄、效率低，无法高通量大规模地同时检测多种样品，尤其是对转基因背景一无所知的情况下，对各种候选待检基因序列或蛋白的逐一筛查几乎是不可能的。而目前正在研究的转基因产品所涉及的基因数量有上万种，今后都有可能进入商品化生产，显而易见，对进出口产品的检测，需要有更有效、快速、特别是高通量的检测方法，而新兴的生物芯片技术能较好地解决这一问题刘恒等为提高对转基因大豆的监控能力。研究了转基因大豆基因芯片检测方法，根据转基因大豆中听转入的外源基因，选择CaMN-35S启动子、NOS终止子、NOS/EPSPE基因和内源Lectin基因设计特异性引物。采用多重PCR法对样品进行扩增，通过缺口平移法合成DIG-dUTP标记杂交探针．制备基因芯片。在对PCR反应和扩增产物与芯片杂交条件进行优化的同时，比较了芯片检测的特异性和重复性，对检测的灵敏度进行测试。结果表明，基因芯片方法具有较好的特异性和重复性，由于采用了多重PCR技术，一次可同时检测多个基因，提高了检测的灵敏度和效率。

2.生物芯片技术在食源性致病微生物检测方面的应用

目前，致病微生物的检测方法主要以国家标准为依据，主要是传统的分离培养、镜检观察、生化鉴定、嗜盐性试验与血清分型等方法。这些方法操作烦琐、耗时耗力，检测周期长。此外，免疫学检测技术也应用于致病微生物的检测，这类技术利用抗原抗体的特异性反应，并结合一些生物化学或物理学方法来进行检测，主要包括免疫荧光技术、免疫酶技术等免疫学检测技术虽然所需设备简单，抗原抗体反应特异性强，但其检测灵敏度有时达不到实际检测或诊断的需要，且操作烦琐，时间长。基因芯片技术可以广泛应用于各种食源性致病菌的检测，该技术具有快速、准确、灵敏等优点，可以及时反映食品中微生物的污染情况。将常见致病微生物的特异基因序列制成相应的基因芯片，根据碱基互补配对原理与待测样品进行杂交，经过检测即可判断待测样品中相应致病微生物的含量。陈昱建立了一种检测和鉴定志贺氏菌、金黄色葡萄球菌、沙门菌、大肠杆菌0157 霍乱弧菌、副溶血弧菌和单增李斯特菌的基因芯片方法，该方法以16S rDNA基因为靶基因，利用多重PCR扩增，与传统方法比较大大缩短了检测周期，且方法特异性强、灵敏。

文章来源：《食品质量与安全检测技术》

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