用于检测细菌和生鲜农产品相互作用的微流控技术综述
2022-08-06 17:23:58   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

随着生鲜农产品在世界各地越来越受欢迎，与生鲜农产品相关的食源性疾病暴发量也逐步上升。沙门氏菌、大肠杆菌O157:H7和单核增生李斯特菌是导致与生鲜农产品相关的食源性疾病暴发的主要病原体。一旦生鲜农产品被污染，无论是在田间还是在收获后的处理中，都无法做到全面清洁消毒，该类农产品对消费者来说将不再安全放心。

据麦姆斯咨询报道，近日，美国普渡大学（Purdue University）的科研人员以“Microfluidics at the interface of bacteria and fresh produce”为题在ScienceDirect发表了一篇综述文章。在这篇文章中，研究人员重点介绍了目前使用中的或未来即将使用的各种微流控技术，目的是了解农产品与细菌的相互作用，并促进生鲜农产品表面或内部的细菌即时检测。对于即时检测，重点是推动设计可用于非专业人员的便携式全集成生物传感器。

研究人员将各种微流控技术分为三类：（1）微图案表面，即制造与农产品表面相似的人工替代表面；（2）微流控培养装置，包括可控环境的微腔，微生物和宿主可以在其中生长并相互作用；（3）生物传感装置，该生物传感装置是一种用于检测是否存在微生物的便携式分析工具。研究人员基于它们的典型设计和应用范围分别对其进行了讨论。

用于了解和检测生鲜农产品微生物污染的各种方法概述

微流控技术在了解和检测生鲜农产品微生物污染方面的各种应用

微图案表面

植物表面覆盖着不同类型的微结构。而这些微结构的高度多样性，以及局部疏水性的变化，致使研究人员难以了解这些微结构对微生物污染所起的作用。科研人员创建了带有植物微观结构的人造表面，最大程度简化了其复杂性，并保有农作物表面相应的疏水性功能。研究人员基于不同微结构农作物的外形，并结合其在生鲜农产品微生物安全方面的应用，对微图案表面进行了分类。并研究了其在生鲜农产品微生物安全和可持续生产方面的潜在应用。

基于表面形貌的类型，用于分析植物和微生物相互作用的微图案表面的分类

用于或可用于生鲜农产品微生物安全的微图案表面的分类

微流控培养装置

微流控培养装置为研究可控环境中微生物和宿主复杂的相互作用提供了一个平台。到目前为止，这些培养装置已被广泛用于了解细菌与细菌间的相互作用，以及细菌与包括真菌、植物和哺乳动物细胞等各种高等生物间的相互作用。研究人员通过突出它们的典型设计和使用方法，讨论了这类装置与生鲜农产品安全研究相关方面的一些显著应用。

微流控培养系统示意图

生物传感装置

在生鲜农产品微生物安全的背景下，生物传感装置有两个广泛的应用领域：即食源性病原体的检测和粪便污染源跟踪。在生鲜农产品的病原体检测中，更多是对大肠杆菌和沙门氏菌的研究，而对单核增生李斯特菌的研究较少——这是未来研究的主题。从可持续农业的角度来看，生物传感装置已被用于植物生长期间病害的检测。研究人员探讨了生物传感装置的典型元素和设计特点，以及它们在食源性和植物病原体检测以及微生物源跟踪中的应用。

用于检测生鲜农产品微生物污染的两大类生物传感装置的示意图

结论

本篇文章中，研究人员对各种微流控技术进行了分类，以了解生鲜农产品与细菌的相互作用，并有助于检测农产品表面或内部的细菌。通过培训食品和生物科学家及工程师，这种有史以来第一次简明的分类将有助于促进微流控方法在生鲜农产品安全和可持续生产中的进一步应用。

简化外形的微图案表面适合研究不同微结构类型、尺寸和分布对污染的影响。带有叶片表面自然形貌图案的表面为研究真实微观结构对微生物污染的影响提供了机会。微图案表面可以作为一种在各类状况下可选择的新型风险评估工具，有望服务于生鲜农产品行业，以提高农产品的微生物安全性。

用于研究细菌与细菌相互作用的微流控培养装置的流行设计有微孔、微液滴和微室。所有的设计都为不同种类细菌的生长和相互作用提供了可控的微环境，研究人员可以在显微镜下监控它们。研究人员可以研究细菌群落内的几方面的相互作用过程，包括群体感应、交叉取食和栖息地竞争动态等。也可以通过微流控培养装置研究植物和细菌的相互作用。

该生物传感装置已用于检测食源性病原体、植物疾病和生鲜农产品的粪便污染源。DNA等温扩增技术（如LAMP（环介导等温扩增技术））为农业核酸检测提供了机会。纸基分析装置（PAD）可用于在干燥状态下存储试剂，并在需要时进行反应。虽然生鲜农产品行业需要农场上易于使用的、能够由非专业用户进行多重检测的全面集成诊断工具，但这种工具在商业上还不存在。这就需要将更多的研究集中在解决开发这类工具的主要挑战上。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924224422003090

延伸阅读：

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》

《微流控初创公司调研》