苑寶龍，王曉東，楊 平，范真真，黃昱俊，陳 炯，葉嘉明,3,*

（1.寧波大學(xué)海洋學(xué)院生物與海洋科學(xué)系，浙江 寧波 315211；2.浙江清華長(zhǎng)三角研究院，浙江 嘉興 314006；3.國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心應(yīng)用技術(shù)合作中心，浙江 嘉興 314006）

用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片研制

苑寶龍1,2，王曉東2，楊 平2，范真真2，黃昱俊2，陳 炯1,*，葉嘉明2,3,*

（1.寧波大學(xué)海洋學(xué)院生物與海洋科學(xué)系，浙江 寧波 315211；2.浙江清華長(zhǎng)三角研究院，浙江 嘉興 314006；3.國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心應(yīng)用技術(shù)合作中心，浙江 嘉興 314006）

研制一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片。設(shè)計(jì)制作的一次性高聚物微流控芯片集成進(jìn)樣、酶抑制反 應(yīng)、顯色反應(yīng)及檢測(cè)單元，結(jié)合自制的手持式光度分析檢測(cè)裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷、氨基甲酸酯類農(nóng)藥的現(xiàn)場(chǎng)、低成本、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)。結(jié)果表明：通過(guò)在 芯片內(nèi)部 固定存儲(chǔ)生化試劑，只需一次進(jìn)樣，7 min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)克百威和樂(lè)果的快速檢測(cè)，最低檢出限分別為0.02、0.6 mg/L，對(duì)克百威加標(biāo)回收率為95.0%～103.3%，制作的芯片在1 個(gè)月內(nèi)的穩(wěn)定性較好。使用微流控農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)芯片系統(tǒng)，有望實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測(cè)流程，特別適合于基層非專業(yè)人員開展現(xiàn)場(chǎng)、快速、高通量的農(nóng)藥殘留篩查。

微流控芯片；農(nóng)藥殘留；快速檢測(cè)；低成本

農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，它的使用可以有效保障或提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。當(dāng)前我國(guó)的農(nóng)藥生產(chǎn)量和使用量均排名世界前列，其中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥使用量占到了農(nóng)藥總量的70%[1]，而且多使用于果蔬作物上。隨著農(nóng)藥使用量的逐漸擴(kuò)大及其降解處理的不完善，上述兩類農(nóng)藥在蔬菜、水果等農(nóng)產(chǎn)品中的殘留超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重[2-4]。因此，為了確保廣大人民群眾的農(nóng)產(chǎn)品食用安全，采取有效的檢測(cè)手段對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

目前，用于農(nóng)藥殘留的檢測(cè)方法主要包括兩大類：一類是以色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[5-7]為代表的精密儀器分析方法；另一類是快速檢測(cè)方法，主要包括活體生物檢測(cè)法[8-10]、免疫法[11-13]、酶抑制法[14-16]、生物傳感器法[17-19]等。其中，精密儀器分析方法具有高靈敏度、高選擇性，可精確定量分析的優(yōu)點(diǎn)，并可同時(shí)檢測(cè)多種農(nóng)藥。但是該方法的儀器設(shè)備龐大，檢測(cè)成本高，耗時(shí)長(zhǎng)，前處理繁瑣，需要專業(yè)人員操作，難以實(shí)現(xiàn)大批量樣品的現(xiàn)場(chǎng)快速篩查需求?？焖贆z測(cè)方法由于便攜、快速、簡(jiǎn)單易用、低成本等顯著優(yōu)點(diǎn)成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。其中，酶抑制法基于比色法原理[20]，利用農(nóng)藥靶標(biāo)酶——乙酰膽堿酯酶（AChE）活性受抑制的程度，對(duì)有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥進(jìn)行半定量檢測(cè)，操作簡(jiǎn)易，無(wú)需昂貴的儀器，尤其適用于保存時(shí)間相對(duì)較短的蔬菜、水果類鮮食農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)殘現(xiàn)場(chǎng)、快速檢測(cè)。因此該方法作為最常用的農(nóng)殘速測(cè)手段被廣泛接受?，F(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——蔬菜中有機(jī)磷與氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留量的快速檢測(cè)[21]，主要包括農(nóng)殘速測(cè)儀法和比色速測(cè)卡法，方法學(xué)上已能滿足大量農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)殘初篩的需求，但是仍存在諸多不足之處，例如配件繁多，攜帶不便；操作繁瑣，過(guò)程冗長(zhǎng)；準(zhǔn)確率、靈敏度、重復(fù)性還有待提高；此外還需要專業(yè)人員操作。

微流控芯片又稱為芯片實(shí)驗(yàn)室，是把生物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室分析過(guò)程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等操作單元微縮、集成到一張幾平方厘米的芯片上，通過(guò)對(duì)微通道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)流體的操縱和控制，自動(dòng)完成分析過(guò)程。與傳統(tǒng)的分析方法比較，微流控芯片分析技術(shù)具有微型化、集成化、高通量、低成本的顯著優(yōu)點(diǎn)，因此在食品安全快速檢測(cè)[22-24]、環(huán)境監(jiān)測(cè)[25-27]、醫(yī)療診斷[28-30]等領(lǐng)域，具有重大的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。

本實(shí)驗(yàn)提出了一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片，旨在使用一次性的高聚物芯片，配合自行研制的手持式檢測(cè)儀，基于酶抑制原理結(jié)合光度分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷、氨基甲酸酯類農(nóng)藥的現(xiàn)場(chǎng)、低成本、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小白菜 市購(gòu)。

光學(xué)級(jí)聚甲基丙烯酸甲酯（p o l y m e t h y l methacrylate，PMMA）板材，0.3 mm、2.0 mm兩種厚度規(guī)格；光學(xué)級(jí)雙面膠，0.1 mm厚度；以上材料購(gòu)自上海佰芯生物科技有限公司。

乙酰膽堿酯酶（EC 3.1.1.7，來(lái)自電鰻，217 U/mg）、碘化硫代乙酰膽堿、5,5-二硫二硝基苯甲酸 美國(guó)Sigma公司；克百威、樂(lè)果標(biāo)準(zhǔn)物 上海市農(nóng)藥研究所；磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀和碳酸氫納均為分析純。

pH 8.0磷酸鹽緩沖溶液：分別稱取11.9 g無(wú)水磷酸氫二鉀與3.2 g磷酸二氫鉀，去離子水定溶于1 000 mL容量瓶。顯色劑：分別稱取160.0 mg二硫代二硝基苯甲酸和15.6 mg碳酸氫納，用20 mL緩沖溶液溶解。底物：稱取25.0 mg硫代乙酰膽堿，加3.0 mL蒸餾水溶解。乙酰膽堿酯酶液：根據(jù)酶的活性情況，用緩沖溶液溶解，DA0值應(yīng)控制在0.3以上[21]；農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)液：準(zhǔn)確稱量0.1 mg農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品，加入10 mL丙酮（分析純，99.5%）溶解配制成質(zhì)量濃度為10 mg/L的母液。使用時(shí)，根據(jù)需要用磷酸鹽緩沖溶液稀釋成不同質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)液體。

1.2 儀器與設(shè)備

YoungLaser-V12型二氧化碳激光芯片雕刻機(jī)（激光波長(zhǎng)10.6 μm，連續(xù)激光輸出功率12 W，最細(xì)刻蝕寬度60 μm） 蘇州揚(yáng)清芯片科技有限公司；DW系列超低溫保存箱（-86 ℃） 海爾生物醫(yī)療公司；Scientz-系列N型真空冷凍干燥機(jī) 寧波新芝生物技術(shù)股份有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州智博瑞儀器制造有限公司；FA1604電子天平 上海精科實(shí)業(yè)有限公司；Milli-Q超純水系統(tǒng)（18 MΩ） 美國(guó)Millipore公司。

1.3 方法

1.3.1 芯片的設(shè)計(jì)與制作

圖1 農(nóng)殘檢測(cè)微流控芯片結(jié)構(gòu)示意圖（A）和實(shí)物照片（B）Fig.1 Schematic presentation of the microfluidic chip for detection of pesticides (A) and photograph (B)

如圖1所示，本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的微流控芯片由三層PMMA基片組成，頂層和底層為厚度0.3 mm的空白基片，中間層為厚度2 mm的通道層。其中2 個(gè)反應(yīng)池的體積均為115 μL，流體通道橫截面為矩形，其寬度和深度分別為1 mm和0.5 mm，進(jìn)樣通道和連接通道的長(zhǎng)度和體積分別均為20 mm和10 μL。芯片的制作過(guò)程如下：首先，用Corel DRAW軟件設(shè)計(jì)芯片各層的結(jié)構(gòu)圖案；其次，通過(guò)二氧化碳激光雕刻機(jī)直接在PMMA基材上雕刻反應(yīng)池和微通道，同時(shí)切割獲得空白蓋板和底板；最后，用雙面膠將空白蓋板、刻有通道圖案的基片、空白底板逐層鍵合，制得一次性的農(nóng)殘快速檢測(cè)芯片。

1.3.2 試劑的預(yù)存儲(chǔ)

芯片鍵合前，在圖1所示芯片的酶抑制反應(yīng)池中加入5 μL酶溶液，在顯色反應(yīng)與檢測(cè)池中依次加入5 μL顯色劑和5 μL底物溶液，超低溫冰箱-80 ℃預(yù)凍20 min后，置于真空冷凍干燥機(jī)內(nèi)冷凍干燥。

1.3.3 流體的操控

為了精確進(jìn)樣，需要制作了用于芯片內(nèi)部微流體操控的微柱塞泵，其基本結(jié)構(gòu)包括微型步進(jìn)電機(jī)和與之匹配的微型氣缸。如圖2所示，使用時(shí)將氣缸導(dǎo)管與芯片的微泵接口連接，步進(jìn)電機(jī)控制氣缸內(nèi)活塞保證從芯片外部提取定量的待測(cè)液體至酶抑制反應(yīng)池（步驟1）；并且，也能夠進(jìn)一步精密操控液體轉(zhuǎn)移至顯色反應(yīng)與檢測(cè)池（步驟2）。

圖2 進(jìn)樣及液體在芯片內(nèi)各反應(yīng)池之間的轉(zhuǎn)移Fig.2 Solution aspiration and transportation in microchip

1.3.4 實(shí)驗(yàn)室自制手持式檢測(cè)裝置

為配合集成生化反應(yīng)的微流控芯片進(jìn)行農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，本實(shí)驗(yàn)搭建了一套手持式便攜檢測(cè)裝置（圖3），其基本組成包括光電檢測(cè)、流體控制、溫度控制和數(shù)據(jù)處理等模塊。

圖3 手持式便攜檢測(cè)裝置外觀（A）及模塊組成示意圖（B）Fig.3 Schematic illustration of portable detection device appearance (A) and composition diagram (B)

1.3.5 酶活性的檢測(cè)

參考Ellman等[31]的方法。吸取125 μL磷酸緩沖液至芯片酶抑制反應(yīng)池，與預(yù)存儲(chǔ)酶混合溶解，37 ℃恒溫一段時(shí)間后進(jìn)入顯色反應(yīng)與檢測(cè)池進(jìn)行顯色反應(yīng)，記錄反應(yīng)初始時(shí)與反應(yīng)3 min時(shí)溶液在410 nm波長(zhǎng)處吸光度的差值DA，作為酶活性。以最佳條件下的酶活力為100%，其余條件下同樣蛋白量的預(yù)存儲(chǔ)酶與最佳條件下的酶活力之比，記為相對(duì)酶活力。

1.3.6 農(nóng)殘速測(cè)芯片的驗(yàn)證

取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較常用到的有機(jī)磷類農(nóng)藥樂(lè)果與氨基甲酸酯類農(nóng)藥克百威，分別配制一系列質(zhì)量濃度梯度標(biāo)準(zhǔn)液，吸取125 μL上述標(biāo)準(zhǔn)液加入芯片，在37 ℃恒溫條件下，農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)液在酶抑制反應(yīng)池中與預(yù)存儲(chǔ)酶試劑發(fā)生酶抑制反應(yīng)適當(dāng)時(shí)間，反應(yīng)液隨后進(jìn)入顯色反應(yīng)與檢測(cè)池進(jìn)行顯色反應(yīng)，記錄反應(yīng)初始時(shí)與反應(yīng)3 min時(shí)溶液在410 nm波長(zhǎng)處吸光度的差值DA，按照酶抑制率公式計(jì)算各農(nóng)藥標(biāo)液的酶抑制率[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及封裝

根據(jù)酶抑制率法快速檢測(cè)農(nóng)殘的原理，在芯片上設(shè)計(jì)了2 級(jí)串聯(lián)反應(yīng)池，其中酶抑制反應(yīng)池底部固定酶，顯色反應(yīng)與檢測(cè)池底部固定底物和顯色劑，反應(yīng)池間用蛇形通道連接。檢測(cè)時(shí)待測(cè)液首先進(jìn)入酶抑制反應(yīng)池，在37 ℃恒溫條件下農(nóng)藥組分與酶發(fā)生酶抑制反應(yīng)，隨后混合液進(jìn)入顯色反應(yīng)與檢測(cè)池發(fā)生水解反應(yīng)并顯色。檢測(cè)池的厚度，即光程對(duì)光學(xué)檢測(cè)結(jié)果的精度有較大的影響[32]，根據(jù)朗姆比爾定律，光程變長(zhǎng)，靈敏度提高，檢出限變低，但同時(shí)會(huì)增加芯片的厚度導(dǎo)致物料成本上升。綜合考慮芯片物料成本、檢測(cè)試劑消耗量及檢測(cè)精度需求，本實(shí)驗(yàn)選擇厚度為2 mm的PMMA板材制作微結(jié)構(gòu)，2 個(gè)反應(yīng)池的體積均為115 μL。

目前PMMA微流控芯片的封裝技術(shù)多采用熱壓鍵合法[33]，考慮到高溫條件下芯片內(nèi)部固定化的酶試劑極易失活，本實(shí)驗(yàn)采用雙面膠貼合法，在室溫條件下實(shí)現(xiàn)芯片的快速鍵合。

2.2 酶試劑存儲(chǔ)條件的確定

真空冷凍干燥目的是將生物材料制品凍干后保持其活性，適合長(zhǎng)期保存，方便運(yùn)輸，而且能快速?gòu)?fù)活利用[34]，該技術(shù)可以很好地滿足酶在芯片內(nèi)部存儲(chǔ)的兩個(gè)條件：預(yù)存儲(chǔ)的酶在水溶液中能夠迅速溶解釋放，具有較高的反應(yīng)活性；酶與芯片基材具有足夠的結(jié)合強(qiáng)度，以免芯片在使用過(guò)程中試劑脫落。在反應(yīng)池加入5 μL酶液，-80 ℃預(yù)凍20 min后，在冷阱溫度-80 ℃、真空度3 Pa的條件下制備獲得固定于芯片的酶粉，著重考察冷凍干燥時(shí)間對(duì)酶活的影響。分別將預(yù)凍后的酶試劑真空冷凍干燥0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0 h，按照1.3.4節(jié)步驟測(cè)酶活性。如圖4所示，冷凍干燥2 h的相對(duì)酶活力最高，隨后酶活逐漸降低，其原因可能是隨著冷凍時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)分子表面的單層水分子被凍結(jié)，蛋白質(zhì)表面的氫鍵以及極性基團(tuán)暴露在周圍環(huán)境中導(dǎo)致蛋白質(zhì)的變性失活[35]。因此本實(shí)驗(yàn)選擇2 h作為最佳真空冷凍干燥時(shí)間，在此條件下酶試劑與芯片基材的結(jié)合強(qiáng)度完全能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求。

圖4 真空冷凍干燥時(shí)間對(duì)酶活性的影響Fig.4 Effect of vacuum freeze-drying time on enzymatic activity

2.3 微泵的穩(wěn)定性測(cè)試

精確、穩(wěn)定的流體控制是微流控分析重復(fù)性的前提保證。為了精確進(jìn)樣，本實(shí)驗(yàn)制作了基于步進(jìn)電機(jī)耦合微型氣缸的微柱塞泵，進(jìn)樣體積為0～200 μL，流速為0～20 μL/s?？紤]到過(guò)快的液體流速會(huì)在反應(yīng)腔室引入氣泡，實(shí)驗(yàn)選取微泵的流速為10 μL/s，在該流速條件下往復(fù)抽取125 μL磷酸緩沖液，用天平稱量每次泵取液體的質(zhì)量，重復(fù)6 次的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）為3.9%，說(shuō)明自制的微型計(jì)量泵能夠滿足微流控農(nóng)殘檢測(cè)的要求。

2.4 光學(xué)檢測(cè)器的穩(wěn)定性

配制0.04 g/L鉻酸鉀溶液，加入芯片檢測(cè)池后放入光學(xué)檢測(cè)裝置中[36]，每30 min測(cè)量波長(zhǎng)410 nm處鉻酸鉀溶液吸光度，RSD（n=6）為0.8%，說(shuō)明自制的光學(xué)檢測(cè)裝置能基本滿足實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的要求。

2.5 芯片中酶抑制反應(yīng)時(shí)間的確定

常規(guī)條件下，酶抑制反應(yīng)溶液需在37 ℃水浴鍋中恒溫反應(yīng)10～15 min。針對(duì)本實(shí)驗(yàn)芯片中的微反應(yīng)體系，將質(zhì)量濃度為0.1 mg/L的克百威標(biāo)準(zhǔn)液加入預(yù)恒溫37 ℃的芯片中，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)農(nóng)殘抑制率的影響。如圖5所示，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)4 min后，農(nóng)殘抑制率達(dá)到一穩(wěn)定平臺(tái)?？紤]到快速檢測(cè)需求，本實(shí)驗(yàn)采用4 min作為芯片中酶抑制反應(yīng)時(shí)間。

圖5 芯片中酶抑制反應(yīng)時(shí)間對(duì)農(nóng)殘抑制率的影響Fig.5 Effect of reaction time in the chip on inhibition of enzymatic activity

2.6 農(nóng)藥標(biāo)樣檢測(cè)及檢出限

分別配制0.01、0.02、0.05、0.1、0.5、1、2.5、5 mg/L的克百威農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液，0.2、0.5、1、2、5、10、20 mg/L的樂(lè)果農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液，按1.3.5節(jié)步驟進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖6所示。通過(guò)將抑制率與農(nóng)藥質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線用Origin軟件擬合，可以計(jì)算出每種農(nóng)藥抑制AChE活性50%所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度，即為本方法對(duì)該農(nóng)藥的檢出限。對(duì)于克百威和樂(lè)果，國(guó)標(biāo)速測(cè)儀方法檢出限為0.05 mg/L和3 mg/L[21]，本方法檢出限分別為0.02 mg/L和0.6 mg/L，因此本實(shí)驗(yàn)所制備農(nóng)藥殘留檢測(cè)芯片的檢出限優(yōu)于現(xiàn)有國(guó)標(biāo)速測(cè)儀檢出限標(biāo)準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

圖6 克百威（A）和樂(lè)果（B）農(nóng)藥標(biāo)樣檢測(cè)結(jié)果Fig.6 Analytical results of carbofuran (A) and cygon (B)

2.7 回收率測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為考察方法的可靠性，進(jìn)行了回收率實(shí)驗(yàn)。以未噴灑農(nóng)藥的小白菜為例，按國(guó)標(biāo)法操作提取待測(cè)液，向提取液中加入定量的0.02 mg/L克百威農(nóng)藥?；厥章蕦?shí)驗(yàn)測(cè)定了5 組樣品，每組測(cè)定6 次，測(cè)得農(nóng)藥的回收率在95.0%～103.3%之間，結(jié)果見表1。

表1 加標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Table 1 Recoveries from spiked sample

2.8 芯片的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將制備的農(nóng)藥殘留檢測(cè)芯片分別在4 ℃和25 ℃密封存放，30 d后測(cè)得相對(duì)酶活力分別為95.4%、81.5%。由此可以看出，本實(shí)驗(yàn)所制備的農(nóng)殘檢測(cè)芯片比較穩(wěn)定。

2.9 方法對(duì)比

為了驗(yàn)證方法的可靠性，取同一噴灑農(nóng)藥的小白菜樣品（樂(lè)果、克百威為例），按國(guó)標(biāo)提取待測(cè)液后，選用某知名國(guó)產(chǎn)農(nóng)殘速測(cè)儀與本實(shí)驗(yàn)的微流控芯片快速檢測(cè)方法對(duì)比，二者綜合特性比較見表2、3。

表2 本實(shí)驗(yàn)和農(nóng)殘速測(cè)儀方法對(duì)比Table 2 Comparison of the developed method with rapid pesticideresidue analyzer

表3 本實(shí)驗(yàn)和農(nóng)殘速測(cè)儀檢測(cè)結(jié)果對(duì)比Table 3 Comparison of analytical results obtained for cabbage sampleusing the developed method and rapid pesticide residue analyzer

從表3可以看出，對(duì)比傳統(tǒng)的農(nóng)殘速測(cè)方法，本實(shí)驗(yàn)提出的微流控芯片直接將農(nóng)藥殘留檢測(cè)試劑預(yù)存儲(chǔ)于芯片內(nèi)部，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)配制溶液；檢測(cè)時(shí)間由20 min縮短為7 min；樣本及試劑消耗量降至常規(guī)檢測(cè)的1/20；操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)精度、重復(fù)性與準(zhǔn)確性能夠滿足農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)需求。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)提出了一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片制備方法。旨在使用一次性的高聚物芯片，配合自行研制的手持式檢測(cè)儀，基于酶抑制原理結(jié)合光度分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷、氨基甲酸酯類農(nóng)藥的現(xiàn)場(chǎng)、低成本、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)。相對(duì)于現(xiàn)有的農(nóng)殘速測(cè)儀和速測(cè)卡，本實(shí)驗(yàn)研制的微流控芯片檢測(cè)方法優(yōu)點(diǎn)包括：1）試劑、樣品消耗量??；2）試劑存儲(chǔ)于芯片中，降低人工配制及移取溶液試劑所帶來(lái)的誤差；3）可在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)樣、生化反應(yīng)及檢測(cè)，最大程度地減少人工操作步驟；4）溶液反應(yīng)體系封閉，進(jìn)一步提高反應(yīng)均一性和檢測(cè)準(zhǔn)確度；5）使用高聚物為芯片基材，芯片成本低、易批量化生產(chǎn)，適合一次性農(nóng)藥殘留檢測(cè)需求。此外，將本實(shí)驗(yàn)研制的微流控芯片進(jìn)一步結(jié)合手持式檢測(cè)儀，以及便攜式農(nóng)殘快速提取儀，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測(cè)流程，特別適合于基層非專業(yè)人員開展現(xiàn)場(chǎng)、快速、高通量的農(nóng)藥殘留篩查。

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Fabrication and Analytical Application of Microfludic Chip for Rapid On-Site Detection of Pesticide Residues

YUAN Baolong1,2, WANG Xiaodong2, YANG Ping2, FANG Zhenzhen2, HUANG Yujun2, CHEN Jiong1,*, YE Jiaming2,3,*
(1. Department of Biology and Marine Science, School of Marine Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China; 2. Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University, Jiaxing 314006, China; 3. China National Center for Food Safety Risk Assessment Cooperation Center for Application Technology, Jiaxing 314006, China)

A novel disposable microfludic chip was developed for rapid detection of pesticide residues in agricultural products, which integrated sampling, enzyme inhibition reaction, color development and detection chamber. By coupling with a laboratory-prepared colorimetric detection device, the chip could provide a simple, easy to use, low-cost and sensitive approach for rapid detection of organophosphate and carbamate pesticides on site. Due to pre-storage of biochemical reagents in the chip, the detection could be achiev ed within 7 min by just one injection. The limits of detection (LOD) of the method were 0.02 mg/L for carbofuran and 0.6 mg/L for dimethoate, the recoveries of carbofuran from spiked samples were in the range of 95.0% to 103.3%. Furthermore, this microfludic chip had a long storage life of up to 30 days. The microfluidic chip coupled with laboratory-prepared detection device is expected to achieve an automatic detection process, and is particularly suitable for on-site, rapid, and high-throughput screening of pesticide res idues by non-professionals.

microfludic chip; pesticide residues; rapid detection; low cost

10.7506/spkx1002-6630-201602035

TS207.3；S481.8

A

1002-6630（2016）02-0198-06

苑寶龍, 王曉東, 楊平, 等. 用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片研制[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(2): 198-203. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201602035. http://www.spkx.net.cn

YUAN Baolong, WANG Xiaodong, YANG Ping, et al. Fabrication and analytical application of microfludic chip for rapid on-site detection of pesticide residues[J]. Food Science, 2016, 37(2): 198-203. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201602035. http://www.spkx.net.cn

2015-03-11

嘉興市公益性應(yīng)用技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2014AY21024）

苑寶龍（1976—），男，碩士，主要從事微流控芯片以及食品安全檢測(cè)研究。E-mail：yuanbaolong@hotmail.com

*通信作者：陳炯（1975—），男，研究員，博士，主要從事動(dòng)物細(xì)胞因子及細(xì)胞免疫調(diào)控研究。E-mail：jchen1975@163.com

葉嘉明（1979—），男，高級(jí)工程師，博士，主要從事微流控分析芯片研發(fā)及其在生物醫(yī)學(xué)快速檢測(cè)研究。

E-mail：yejiaming723@126.com