摘要

食品污染是一個全球性問題，特別是在發展中國家。兩種主要類型的食物污染物——化學污染物和生物污染物——是威脅人類健康的常見問題。因此，需要快速準確的檢測方法來應對食品污染的威脅。用于檢測這兩種食品污染物的傳統方法存在一些局限性，包括成本高和分析時間長。或者，微流控技術可以進行簡單、快速和現場測試，使我們能夠及時、經濟、簡單、準確地控制食品安全。本文綜述了微流控檢測食品污染物的方法的進展。微流控平臺采用了不同的檢測方法，以識別兩種主要類型的污染物：化學污染物和生物污染物。在化學污染物控制方面，本文綜述了微流控方法在檢測食品樣品中重金屬、農藥、抗生素殘留和其他污染物方面的應用。討論了用于化學污染物檢測的不同方法，包括酶法、化學法、免疫法、分子法和電化學法，這些方法基于其工作原理、在微流控平臺中的集成、優勢和局限性。綜述了從樣品制備到最終檢測的食源性病原體檢測的微流控方法，以鑒定食源性病原體。列出并討論了食源性致病菌篩查的常用方法，即免疫測定法、核酸擴增法等方法;本文還回顧了近期研究的重點實例。還涵蓋了微流體設計和制造過程中可以采用的挑戰和未來趨勢，以解決食品安全控制的現有限制。微流控技術是一種很有前途的食品安全控制工具，具有很高的效率和適用性。小型化、便攜性、低成本、樣品和試劑節省使微流控設備成為現場檢測的理想選擇，尤其是在資源匱乏的地區。盡管微流控技術具有許多優點，但微流控設備的廣泛制造仍然需要進行深入研究，以實現用戶友好和準確的食品安全控制。介紹微流控器件的最新進展將建立對該技術的全面理解，并為未來的研究和現場應用提供比較分析。

介紹

近年來，隨著食品行業的長足發展，食品安全已成為客戶關注的主要問題。食品污染是一個有害的公共衛生問題，可導致食源性疾病和嚴重的經濟損失。當食品基質中存在化學物質和微生物等外來因素時，就會發生污染（Gao 等人，2020 年）。食品污染可分為化學污染、物理污染和生物污染。當食品被食品添加劑、農藥殘留或重金屬等外部化學物質污染時，就會發生化學污染。當食品中存在玻璃或小石頭等外來顆粒時，就會發生物理污染（Marriott等人，2018）。生物污染一般是指食品中存在有害的病原生物，如寄生蟲、細菌、病毒、真菌和相關毒素。在食品生產、加工和分銷過程中可能發生污染（Griffith，2016）。

在這些類型的食物污染中，化學和生物污染是食物中毒和食源性疾病的主要原因。由化學污染物引起的食源性疾病可能會產生從輕度胃腸炎到致命疾病的有害后果。雖然食物的物理污染和交叉污染很少會造成重大的安全問題，但生物污染物在食物從生產到食用的任何階段都很容易污染，許多化學污染物在處理不當后仍保持穩定，甚至變得有毒。食品中發生化學污染主要是由于使用農藥或獸藥等農用化學品、過度使用食品添加劑以及來自水、土壤和空氣等環境來源或食品加工的污染（Bhavadharini 等人，2022 年，Wright，2009 年）。殺蟲劑是通過控制各種害蟲、昆蟲、疾病和雜草來提高農業生產力和盈利能力的整體解決方案（Xu， Gao et al.， 2017）。盡管有使用殺蟲劑的法律慣例，但它們可能會被濫用或在施用、儲存、運輸或環境中污染食品。同樣，獸用試劑也被用于提高牲畜產量。獸藥殘留物可以殘留在動物組織中。因此，它們可能存在于動物源性食品中，并對消費者造成負面影響。獸藥的主要類別包括抗生素、驅蟲藥、球蟲抑制劑、非甾體抗炎藥、鎮靜劑、皮質類固醇、β-激動劑和合成代謝激素（Wang 等人，2021 年）。除了從農用化學品中獲得的化學污染物外，食品還可能受到環境中化學物質的污染，例如重金屬、水消毒副產物和工業污染物。此外，化學污染物可以通過包裝材料或加工過程中的形式進入食物鏈，例如加熱、燒烤、水解、罐裝、發酵或使用未經批準的添加劑。

生物污染物是食物中毒和食物變質的常見原因。大多數食物都是微生物生長的理想環境。不同的病原體，如細菌、真菌、病毒和寄生蟲，會造成生物污染。此外，許多食源性病原體會向食物中釋放毒素。一些例子如下：肉毒梭菌釋放肉毒桿菌毒素，引起肉毒桿菌中毒;蠟樣芽孢桿菌產生催吐毒素，引起快速發作的惡心和嘔吐;曲霉菌會產生劇毒和致癌的黃曲霉毒素，導致嚴重的健康后果。此外，一些細菌，包括芽孢桿菌和梭狀芽孢桿菌，以及真菌，可以產生耐熱孢子。這些微生物的孢子是攜帶遺傳物質的休眠體，但沒有活躍的新陳代謝。它們耐熱、耐壓和其他惡劣條件。因此，它們可以在食品生產過程中的不利條件下生存。一旦環境變得有利，孢子就會萌發成營養細胞。污染可能發生在任何食品加工步驟中，并可能改變食品的營養價值和物理特性，包括形狀、質地、氣味和穩定性（Umesha 和 Manukumar，2018 年，Rohde 等人，2017 年，Gao 等人，2022 年）。最常見的食源性病原體是大腸桿菌O157：H7（大腸桿菌O157：H7）、沙門氏菌、單核細胞增生李斯特菌、肉毒梭菌。由食源性病原體引起的疾病通常會導致腸道炎癥、發燒、嘔吐、腹瀉、慢性腎病，甚至死亡。許多病原體，如大腸桿菌O157：H7和沙門氏菌，感染劑量較低，需要在早期采用靈敏快速的檢測方法，以減少對消費者的傷害。

考慮到受污染的食品對人類健康的重大威脅，有效的識別和快速的食品安全控制方法對于預防食品相關疾病的暴發非常重要。用于監測化學和生物污染物的現有分析方法，如色譜法（例如氣相色譜法和高效液相色譜法）、質譜法、培養技術、生物分子技術和免疫測定法，成本高昂、耗時，并且需要訓練有素的技術人員。傳統的檢測技術通常需要精密的儀器，測試過程通常在專業實驗室進行。在過去的 15 年中，微流體技術已大量應用于生化和生物醫學診斷領域，包括食品安全控制、臨床診斷和環境控制（Lace & Cleary，2021 年）。微流體技術通過微氣動系統、毛細管、疏水力、離心力或外部流體處理系統（如泵或閥門）操縱微米級流體通道和腔室中的流體（Battat 等人，2022 年）。微通道和腔室是微流控芯片的主要部件。無機剛性材料，包括聚合物、玻璃和硅晶圓，主要用于制造微流體器件。最近，論文已被廣泛用于生產基于紙張的微流控芯片（Hua et al.， 2018， Fu and Wan， 2018， Lin et al.， 2016）。微米級微流控器件具有較大的表面積，并提供快速的傳熱。因此，微流控分析裝置的優點包括成本低、試劑和樣品消耗低、便攜性、易用性和高一次性性。先前的研究表明，微流控系統具有將多個操作單元組合在一起以執行各種診斷功能的巨大潛力，包括樣品制備、過濾、分離以及核酸擴增和檢測（Gao 等人，2022 年）。近五年來，用于食品污染物檢測的微流控裝置相關出版物呈指數級增長，如圖1所示。表1包括用于化學和生物污染物檢測的常規和微流控技術，并討論了它們在食品安全監測中的優缺點。本文綜述了微流控技術在食品安全監測方面的最新進展，包括化學和生物污染物監測（圖2）。還討論了微流控設備在食品監測中的應用挑戰。

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