隨著生鮮農(nóng)產(chǎn)品在世界各地越來越受歡迎，與生鮮農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)的食源性疾病暴發(fā)量也逐步上升。沙門氏菌、大腸桿菌O157:H7和單核增生李斯特菌是導(dǎo)致與生鮮農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)的食源性疾病暴發(fā)的主要病原體。一旦生鮮農(nóng)產(chǎn)品被污染，無論是在田間還是在收獲后的處理中，都無法做到全面清潔消毒，該類農(nóng)產(chǎn)品對(duì)消費(fèi)者來說將不再安全放心。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，美國普渡大學(xué)（Purdue University）的科研人員以“Microfluidics at the interface of bacteria and fresh produce”為題在ScienceDirect發(fā)表了一篇綜述文章。在這篇文章中，研究人員重點(diǎn)介紹了目前使用中的或未來即將使用的各種微流控技術(shù)，目的是了解農(nóng)產(chǎn)品與細(xì)菌的相互作用，并促進(jìn)生鮮農(nóng)產(chǎn)品表面或內(nèi)部的細(xì)菌即時(shí)檢測。對(duì)于即時(shí)檢測，重點(diǎn)是推動(dòng)設(shè)計(jì)可用于非專業(yè)人員的便攜式全集成生物傳感器。

研究人員將各種微流控技術(shù)分為三類：（1）微圖案表面，即制造與農(nóng)產(chǎn)品表面相似的人工替代表面；（2）微流控培養(yǎng)裝置，包括可控環(huán)境的微腔，微生物和宿主可以在其中生長并相互作用；（3）生物傳感裝置，該生物傳感裝置是一種用于檢測是否存在微生物的便攜式分析工具。研究人員基于它們的典型設(shè)計(jì)和應(yīng)用范圍分別對(duì)其進(jìn)行了討論。

用于了解和檢測生鮮農(nóng)產(chǎn)品微生物污染的各種方法概述

微流控技術(shù)在了解和檢測生鮮農(nóng)產(chǎn)品微生物污染方面的各種應(yīng)用

微圖案表面

植物表面覆蓋著不同類型的微結(jié)構(gòu)。而這些微結(jié)構(gòu)的高度多樣性，以及局部疏水性的變化，致使研究人員難以了解這些微結(jié)構(gòu)對(duì)微生物污染所起的作用?？蒲腥藛T創(chuàng)建了帶有植物微觀結(jié)構(gòu)的人造表面，最大程度簡化了其復(fù)雜性，并保有農(nóng)作物表面相應(yīng)的疏水性功能。研究人員基于不同微結(jié)構(gòu)農(nóng)作物的外形，并結(jié)合其在生鮮農(nóng)產(chǎn)品微生物安全方面的應(yīng)用，對(duì)微圖案表面進(jìn)行了分類。并研究了其在生鮮農(nóng)產(chǎn)品微生物安全和可持續(xù)生產(chǎn)方面的潛在應(yīng)用。

基于表面形貌的類型，用于分析植物和微生物相互作用的微圖案表面的分類

用于或可用于生鮮農(nóng)產(chǎn)品微生物安全的微圖案表面的分類

微流控培養(yǎng)裝置

微流控培養(yǎng)裝置為研究可控環(huán)境中微生物和宿主復(fù)雜的相互作用提供了一個(gè)平臺(tái)。到目前為止，這些培養(yǎng)裝置已被廣泛用于了解細(xì)菌與細(xì)菌間的相互作用，以及細(xì)菌與包括真菌、植物和哺乳動(dòng)物細(xì)胞等各種高等生物間的相互作用。研究人員通過突出它們的典型設(shè)計(jì)和使用方法，討論了這類裝置與生鮮農(nóng)產(chǎn)品安全研究相關(guān)方面的一些顯著應(yīng)用。

微流控培養(yǎng)系統(tǒng)示意圖

生物傳感裝置

在生鮮農(nóng)產(chǎn)品微生物安全的背景下，生物傳感裝置有兩個(gè)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：即食源性病原體的檢測和糞便污染源跟蹤。在生鮮農(nóng)產(chǎn)品的病原體檢測中，更多是對(duì)大腸桿菌和沙門氏菌的研究，而對(duì)單核增生李斯特菌的研究較少——這是未來研究的主題。從可持續(xù)農(nóng)業(yè)的角度來看，生物傳感裝置已被用于植物生長期間病害的檢測。研究人員探討了生物傳感裝置的典型元素和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以及它們?cè)谑吃葱院椭参锊≡w檢測以及微生物源跟蹤中的應(yīng)用。

用于檢測生鮮農(nóng)產(chǎn)品微生物污染的兩大類生物傳感裝置的示意圖

結(jié)論

本篇文章中，研究人員對(duì)各種微流控技術(shù)進(jìn)行了分類，以了解生鮮農(nóng)產(chǎn)品與細(xì)菌的相互作用，并有助于檢測農(nóng)產(chǎn)品表面或內(nèi)部的細(xì)菌。通過培訓(xùn)食品和生物科學(xué)家及工程師，這種有史以來第一次簡明的分類將有助于促進(jìn)微流控方法在生鮮農(nóng)產(chǎn)品安全和可持續(xù)生產(chǎn)中的進(jìn)一步應(yīng)用。

簡化外形的微圖案表面適合研究不同微結(jié)構(gòu)類型、尺寸和分布對(duì)污染的影響。帶有葉片表面自然形貌圖案的表面為研究真實(shí)微觀結(jié)構(gòu)對(duì)微生物污染的影響提供了機(jī)會(huì)。微圖案表面可以作為一種在各類狀況下可選擇的新型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具，有望服務(wù)于生鮮農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)，以提高農(nóng)產(chǎn)品的微生物安全性。

用于研究細(xì)菌與細(xì)菌相互作用的微流控培養(yǎng)裝置的流行設(shè)計(jì)有微孔、微液滴和微室。所有的設(shè)計(jì)都為不同種類細(xì)菌的生長和相互作用提供了可控的微環(huán)境，研究人員可以在顯微鏡下監(jiān)控它們。研究人員可以研究細(xì)菌群落內(nèi)的幾方面的相互作用過程，包括群體感應(yīng)、交叉取食和棲息地競爭動(dòng)態(tài)等。也可以通過微流控培養(yǎng)裝置研究植物和細(xì)菌的相互作用。

該生物傳感裝置已用于檢測食源性病原體、植物疾病和生鮮農(nóng)產(chǎn)品的糞便污染源。DNA等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)（如LAMP（環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)））為農(nóng)業(yè)核酸檢測提供了機(jī)會(huì)。紙基分析裝置（PAD）可用于在干燥狀態(tài)下存儲(chǔ)試劑，并在需要時(shí)進(jìn)行反應(yīng)。雖然生鮮農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)需要農(nóng)場上易于使用的、能夠由非專業(yè)用戶進(jìn)行多重檢測的全面集成診斷工具，但這種工具在商業(yè)上還不存在。這就需要將更多的研究集中在解決開發(fā)這類工具的主要挑戰(zhàn)上。

論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924224422003090

審核編輯 ：李倩