紙上微型實驗室在食品檢測領域的研究進展

陳 洋，楊湛森，王 鑫，宋光春，黃薈嫻，徐瑗聰，羅云波，黃昆侖，程 楠,*

（1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京 100083；2.北京工業大學環境與生命學部，北京 100024）

消費者對食品安全、健康、營養更高標準的要求為食品檢測帶來新的機遇和挑戰。食源性致病微生物、農獸藥殘留、重金屬、食品添加劑、非法添加物、毒素和外源性污染物等食品安全風險因子不僅極大地危害人類健康，而且對生態環境、社會穩定和經濟發展造成了嚴重威脅[1]。加強對上述風險因子的快速檢測顯得尤為重要。然而，常用的實驗室檢測方法，如聚合酶鏈式反應[2]、熒光光譜分析技術[3]、分光光度法[4]、高效液相色譜[5]等雖然精密度很高，但存在時滯性、操作復雜性、要求專業性等眾多制約，難以滿足現場快速檢測需求[6]。

紙作為傳感器常用的基材之一，已廣泛應用于快速檢測領域，這得益于紙的眾多優點：1）由多層纖維素組成，內部形成的多孔網狀結構可為大顆粒物質和液體提供儲存空間，并能避免氣溶膠的產生；2）內含大量羥基，依靠毛細管力使液體流動，無需外源泵閥；3）含有多種官能團，能夠提供較好的反應活性和生物兼容性；4）作為一種質量輕的柔性材料，可折疊、易切割，為簡便化檢測提供可能；5）紙一般呈白色，添加試劑后顏色均勻，具有良好的比色分析背景；6）價格低廉，加工處理簡單，可大規模生產；7）使用后可降解、可回收，環境友好[7-8]。隨著新型生物、化學制劑和高新材料的引入，“紙”已不僅僅局限于傳統意義上的纖維素紙（濾紙、色譜紙、打印紙等），多種表面改性方法賦予紙新的性能，各種具有柔性和多孔結構的由纖維素和聚合物組成的離子交換膜或復合膜為紙基分析裝置添加了分離、過濾、擴增等功能[8-9]。

“紙上微型實驗室”是以紙為基底建立的微分析系統，利用固定在紙基表面的識別元件與靶標分子識別反應，將分析物的濃度轉化為光學、電化學或其他信號進行定性、半定量或定量檢測[10-11]，其原理如圖1所示。近年來，“紙上微型實驗室”因兼具快速、便攜、靈敏、經濟等優勢，已成為食品快速檢測技術領域的研究熱點。

圖1 “紙上微型實驗室”的原理Fig.1 Principle of “lab on paper”

本文綜述了紙層析法、化學試紙、側流層析試紙條、紙基微流控分析裝置（microfluidic paper-based analytical devices，μPADs）和合成生物學紙的原理、分類、優缺點及研究進展，并總結了以上5 種紙基分析方法在食品檢測領域的應用情況，最后展望了“紙上微型實驗室”面臨的挑戰和未來的發展趨勢，以期拓寬紙基分析方法在食品檢測領域的應用前景。

1 紙基分析技術

1.1 紙層析法

紙層析法又稱紙色譜法，是基于相似相溶原理利用紙纖維（固定相）和溶劑（流動相）分離有色組分的分析方法，屬于以紙為支撐物的薄層層析技術。分離時將混合樣品點在色譜紙的下端，并放置在裝有展開劑的密閉展開缸中，由于樣品中各組分在同一介質中分配系數不同，因此會形成相互分離的斑塊，從而實現各組分的高效分離和快速鑒定[12]。

紙層析法適用于氨基酸[13]、色素[14]、有機酸[15]等食品中小分子化合物的檢測，能滿足組分數較少樣品初步分離、鑒定的需求。為了進一步實現微量、定量測定，紙上涂覆納米材料和聯用高精度檢測儀器是提高靈敏度常用的策略，如Zhang Min[16]和張建云[17]等分別聯用酶標儀法和分光光度法檢測微生物發酵液中的γ-氨基丁酸和L-絲氨酸；Weatherston等[18]將表面增強拉曼散射（surface-enhanced Raman scattering，SERS）與紙層析法聯用，通過在超細玻璃纖維濾紙上鍍納米銀增強SERS信號，用來分離和鑒定食品中的番茄紅素和β-胡蘿卜素。

1.2 化學試紙法

化學試紙法通常將顯色試劑固定在試紙條上，與靶標接觸時發生化學反應產生顏色變化，再與標準比色卡進行比較，從而完成樣品的目視定性或半定量分析[19]。

化學試紙是包容性很強的微型檢測平臺，如常用的pH試紙[20]、亞硝酸鹽試紙[21]、過氧化物試紙[22-24]等，適合反應步驟少、顏色變化明顯的物質檢測。然而，簡單的化學試紙只能粗略地指示待測物濃度，且指示劑容易老化、穩定性較差[25]。由此衍生出許多提升化學試紙法性能的方法，如熊慧娟等[26]將化學試紙法與樹脂吸附富集法聯用，使亞硝酸根離子檢測精度大幅提高；也可以配合圖像分析裝置進行比色，Iacono等[20]針對啤酒生產過程中的昏暗環境設計了pH值測試儀，避免陰影和光照對比色結果的影響，擴大了酸堿度檢測范圍。

1.3 側流層析試紙條

側流層析即側向流動分析（lateral flow assays，LFAs），LFAs試紙條一般由5 個部分組成，依次為樣品墊、結合墊、硝酸纖維素（nitrocellulose，NC）膜、吸收墊和聚氯乙烯背板，相鄰的墊彼此重疊一部分以保證液體連續流動，背板在最下面提供機械支撐[27]。待測樣品被滴加在樣品墊上，在毛細管力作用下輸送至結合墊，與其上所儲存識別靶標的有色納米材料標記的抗體（如金標抗體）相互作用，形成肉眼可見的免疫復合物[28]。NC膜負責捕獲分析物，抗體通過靜電作用、氫鍵和/或疏水力沉積在NC膜上，構成一條或多條測試（test，T）線和一條控制（control，C）線。樣品流過膜的過程中，免疫復合物和多余的標記試劑分別被T線和C線捕獲，由于標記材料（如納米金）的光學性質，T線和C線上形成并保留可視線，并以T線區域信號的強弱判定檢測結果。最后，多余的液體由吸收墊截留，吸收墊具有強大的持液能力，并為整個流動分析過程提供芯吸力[29]。

LFAs分為夾心型和競爭型兩種反應模式。夾心型反應模式如圖2A所示，在T線上捕獲復合物，形成有色納米材料-分析物-識別元件的“三明治”結構，T線上分析物濃度與信號強度呈正相關。不含分析物的粒子通過T線，但被另一種捕獲分子捕獲，形成C線。夾心型多用于檢測蛋白質和核酸等具有多個抗原表位的大分子物質[30]。競爭型反應模式如圖2B所示，分析物在T線上與捕獲分子競爭結合位點，導致免疫復合物在測試線上不聚集，即分析物濃度和T線上的信號強度呈負相關。樣品中不存在分析物時，可以在T線和C線處捕獲有色納米材料-識別元件復合物。競爭型反應模式適用于檢測類固醇類的小分子抗原、農藥和獸藥等具有單個抗原表位的小分子分析物[27,31]。

圖2 LFAs夾心型（A）和競爭型（B）反應模式示意圖[28]Fig.2 Schematic diagram of LFAs sandwich (A) and competitive (B)response formats[28]

如何提高LFAs靈敏度是研究人員長久以來面臨的挑戰，而識別元件和標記材料的創新和發掘為此難題帶來新的機遇。抗體作為識別元件存在穩定性差、批次差異大、生產經濟和時間成本高等不足[32]。為了突破上述局限性，許多抗體替代品應運而生，如功能核酸[33]、多糖[34]、噬菌體[35]、抗生素[36]等，它們具有較高的特異性和親和力、高重現性、低成本的優點。LFAs通常使用20～80 nm的納米顆粒進行偶聯，其中金納米粒子（Au nanoparticles，AuNPs）因其完美的球形結構和惰性成為LFAs法中應用最廣泛的標記材料[31]。不同形狀的AuNPs具有可控的形貌特征和優異的化學、電學性質，如金納米棒[37]、金納米花[38]、金納米簇[39]以及有機物和貴金屬包被的納米金等[32]，不僅具有膠體金的優點，而且相比球狀AuNPs比表面積更大，能彌補其發光強度較弱的不足，從而提高檢測靈敏度。此外，各種金屬氧化物納米顆粒[40]、氧化石墨烯[41]、碳納米顆粒[42]、量子點[43]、熒光納米顆粒[44]等新型敏感材料因具有獨特的優勢，在LFAs應用中表現出巨大的潛力。

1.4 紙基微流控分析裝置

μPADs是利用微加工技術在紙上設計并組裝各種結構，如通道、反應池、微泵、微閥等功能單元，引導液體沿指定通路流動并完成反應的技術[11]。自2007年Whitesides團隊首次提出μPADs的概念[45]，隨后μPADs引起學界廣泛關注并持續至今。μPADs的基本原理是將紙芯片直接切割或采用化學改性[46]、物理沉積[47]堵塞纖維素紙內的孔隙來改變紙的親/疏水性，以紙為基底構建圖案化親水區域和疏水通道[48]，如圖3A所示。在毛細作用力的驅動下，液體按圖案定向流動并反應，后經分析器件轉化為其他信號進行比較分析。

圖3 通過折疊紙掩模制作μPADs的接觸印刷示意圖（A）[48]和基于角度（B）[53]、直徑（C）[54]、長度（D）[55]的無需儀器讀出裝置的μPADs[48]Fig.3 Schematic representation of contact printing for fabrication of μPADs by a folded paper mask (A) and μPADs without instrument readout device[48]based on angle (B)[53],diameter (C)[54],and length (D)[55] signals

根據不同的折疊方式，μPADs有二維和三維兩種形式。二維μPADs對平面上簡單的反應有較良好的性能，但當需要過濾或儲存、有多種試劑加入或發生多步反應時，二維μPADs便無法充分滿足檢測需求。此時，三維μPADs成為實現多功能、高通量檢測更好的選擇。紙的柔性為三維μPADs的結構和功能提供了更多的可能性，如折紙、堆疊、3D打印[49]和制成可穿戴式[50]裝置等形式。為了消除復雜分析中多步驟試劑操作的不必要程序，Yakoh等[51]開發了按順序輸送流體的μPADs，其由折紙和可移動試劑儲存墊兩個部件構成；Shen Yu等[52]通過堆疊和折紙建立了蠟屏障和“紙橋”，實現紙基傳感器陣列均勻分割和個體功能化。

根據μPADs分析準確度的不同，可分為定性、半定量和定量檢測。對于有沉淀、氣體生成或明顯顏色變化的反應，通過肉眼即可初步定性；對于反應生成變色不溶性物質的待測物，可配合小型讀出裝置，如圖3B～D所示，分別依靠目視顯色范圍的角度[53]、半徑[54]或長度[55]，配合量角器和直尺實現半定量檢測。為了進一步實現定量檢測，μPADs常聯用光學和電化學檢測儀器對轉化信號進行分析。光學檢測法是根據反應的光學特征變化對待測樣品進行分析，包括比色法[56]、熒光法[57]、化學發光[58]和電化學發光法[59]以及拉曼光譜分析[60]等。光學檢測法較為直觀且靈敏度較高，但對反應區污染情況、生成的顯色化合物以及紙基的穩定性有嚴格要求。電化學檢測法是建立在待測物的電化學性質基礎上的分析方法。在電化學紙基傳感器中，反應產生可測定的電流[61]、電位[62]、電導[63]、電阻和電抗[64]，從而將直接或間接的氧化還原反應結果轉化成電信號。與光學檢測法相比，電化學傳感器的優勢在于響應速度快、抗干擾性強，但高背景電流一直是電化學檢測面臨的難題[65]。為了提升μPADs的靈敏度，常采用導電油墨或絲網制備電極、納米材料修飾電極，或采用抗污染材料改性等措施[66]。隨著食品成分復雜化和檢測分析技術的快速發展，衍生出許多檢測儀器與μPADs聯用的檢測新方法，如X射線衍射[67]、質譜[68]等。

1.5 合成生物學紙

合成生物學是生命科學與工程學科交叉的新興領域，根據承載各種生物功能的基礎單元——“基因元件”，在工程學及計算機指導下設計基因序列，利用DNA合成與組裝技術編程遺傳信息，然后移入底盤細胞或無細胞反應體系中發揮功能[69]。合成生物學紙是在紙基上構建的可編程的體外診斷平臺，如圖4所示，以紙為基底嵌入生物系統并建立成套的“紙基傳感器＋開關/邏輯門”基因回路，通過感應由靶標引起的特定變化，反應體系將開啟、關閉或切換特殊功能，完成分子識別、信號轉化與傳感過程，從而達到檢測的目的[70-72]。近些年，合成生物學模型、工具包和基因回路的多樣化和模塊化極大推進了紙基傳感器的可持續發展，基于合成生物學的“紙上微型實驗室”日益成熟，并在食品檢測領域嶄露頭角[73]。

圖4 合成生物學紙的檢測原理[74]Fig.4 Principle of food safety detection by paper-based synthetic biology[74]

根據人工設計的生物系統對活細胞的依賴性可分為全細胞體系和無細胞體系，在大多數情況下，合成生物學與活細胞緊密相連[75]。在胞內合成生物學傳感器中，活細胞可以感應到特定的生化分子或物理刺激，結合開關、邏輯門、負反饋回路、轉錄級聯或環形振蕩器等組件，整合一個或多個基因邏輯電路[76]。例如，Wan Xinyi等[77]基于細胞的生物傳感器進行模塊化信號放大處理，包括識別外部信號并將其轉導為細胞內轉錄信號的傳感模塊、調制轉導傳感器信號的計算模塊以及執行生理反應的輸出驅動模塊，并結合水凝膠和微流控技術設計了可生成梯度體積模式響應砷離子污染水平的微生物傳感陣列。這種超靈敏細菌傳感器首次證明了胞內串聯放大轉導信號的可行性，為工程微生物傳感器陣列的發展奠定了基礎。

全細胞體系的優勢在于活細胞的自我復制，然而復雜的胞內體系和細胞膜的阻礙不可避免地加大了工程難度[75]。降低對細胞的依賴性能夠提高細胞工程的靈活性，因此，無細胞系統成為合成生物學應用的關鍵平臺，與體內蛋白質合成相比，無細胞體系安全且易于調節[78]。目前，無細胞系統已發展形成提取、純化和合成酶途徑3 種類型[75]，功能化組件、工具包以及能量系統日益成熟并形成體系。Takahashi等[79]將兩種合成生物學技術——基于RNA Toehold開關的分子傳感器和無細胞轉錄-翻譯系統集成于紙片上，從10 種腸道微生物中檢測其特異性mRNA，經核酸序列擴增后，檢測限低至3 fmol/L，另外，該平臺能以凍干的形態在室溫下穩定保存，這是無細胞合成生物學紙常用的保存方式，方便儲存和運輸；檢測時復水即可激活反應體系，使用場景不再受限于實驗室。

與傳統實驗室檢測技術相比，“紙上微型實驗室”輕巧便攜、操作簡單、成本低廉，在現場快速檢測領域有巨大優勢，與此同時，日益普遍的新業態、新資源食品以及消費者對食品的更高標準也為“紙上微型實驗室”帶來了新挑戰（表1）。

表1 “紙上微型實驗室”的優勢與挑戰Table 1 Advantages and disadvantages of “lab on paper”

2 “紙上微型實驗室”在食品檢測領域的應用

近些年，由于“紙上微型實驗室”耗時短、成本低、體積小等諸多優勢，能夠突破傳統實驗室檢測方法耗時長、操作復雜、成本高的局限性，并滿足現場快速檢測對靈敏度和選擇性的需求。“紙上微型實驗室”為食源性致病微生物、重金屬、農藥殘留、獸藥殘留、食品添加劑、非法添加物以及毒素等食品安全風險因子的檢測提供快速、便捷、可靠的平臺，從而拓寬了其在食品檢測領域中的應用前景。目前“紙上微型實驗室”在食品檢測中的應用匯總如表2所示。

表2 “紙上微型實驗室”在食品檢測領域的應用Table 2 Applications of “lab on paper” in food detection

續表2

2.1 食源性致病微生物

通過攝取食物而使病原體進入人體，以致人體患感染性或中毒性疾病的致病菌和病毒，統稱為食源性致病微生物，其侵入和感染對食品安全和人體健康造成巨大威脅。經典的微生物快速測試紙片通過檢測致病菌代謝產物、觀察菌落特征檢測少量樣品，其檢測范圍窄、耗時較長、精度較低甚至只能定性分析[113]。無論是致病菌還是病毒，其免疫機制和遺傳物質分別提供了兩種高特異性檢測手段，因此LFAs、μPADs和合成生物學紙成為檢測食源性致病微生物的有力平臺。Ilhan等[35]以噬菌體為識別元件建立了腸炎沙門氏菌LFAs試紙條，檢出限和檢測時間分別低至7 CFU/mL和0.5 h，良好的靈敏度、特異性和檢測速度證明噬菌體可以作為細菌LFAs中抗體的替代分析物特異性試劑。Trinh等[82]發明了基于環介導等溫擴增的μPADs，將注入擴增試劑和特異性引物的紙芯片包埋在微裝置的反應室中，實現了對3 種致病菌（大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌）的純化、擴增和熒光快速檢測。Ma Duo等[114]基于Toehold開關的RNA傳感建立了紙基無細胞轉錄-翻譯系統檢測GII.4型諾如病毒，如圖5所示，首先用磁珠富集諾如病毒，然后用核酸序列擴增或逆轉錄重組酶聚合酶等溫擴增病毒RNA，擴增的核酸被添加到基于紙張的無細胞體系中，觸發序列特異性的Toehold開關產生β-半乳糖苷酶α肽和ω肽，互補后形成活性β-半乳糖苷酶，通過對氯酚紅-β-D-半乳吡喃糖苷的切割，紙片顏色由黃色轉變為紫色。該檢測方法經磁珠富集后可將檢測限降低至270 zmol/L；相比使用完整β-半乳糖苷酶作為輸出產物，可將紙基分析時間縮短41%（23 min）。合成生物學紙相比LFAs和μPADs，對于能被活細胞識別或以核酸為遺傳信息的靶標，能深入分子層面進行檢測，選擇性和靈敏度更高。為了降低檢出限，往往先對微生物進行分離、富集和擴增，擴大檢測范圍的同時降低試劑和樣品損耗，但時間成本和價格成本隨之增加。

圖5 基于Toehold開關的無細胞合成生物學紙檢測諾如病毒的示意圖[114]Fig.5 Schematic diagram of cell-free synthetic biology paper detection of norovirus based on toehold switch[114]

2.2 重金屬

重金屬是指密度大于5.0 g/cm3的金屬元素，包括鎘、鉛、銅、汞等約45 種，不僅會導致人體慢性中毒，而且具有富集效應、難分解，已成為食品安全領域的突出問題。Song Yuqi等[86]利用4-MBA@AuNPs分子的“三明治”結構，將其修飾到層析濾紙和AuNPs上以連接重金屬離子并作為SERS信號分子，成功檢出糙米中的Cd2＋、Cu2＋和Ni2＋。Zhang Dong等[87]在魯棒親水熒光水凝膠涂層的柔性紙/紡織薄膜上建立“微型實驗室”，基于Hg2＋和硫脲之間的氧化還原反應誘導由綠色到藍色的熒光發射顏色的變化，制造出熒光水凝膠涂層可穿戴傳感手套，方便視覺觀測的同時，能有效保護食品安全監測人員遠離有毒的Hg2＋污染產品。Zhou Junrui等[89]基于無毒、環保的新型熒光ZnSe量子點的離子印跡技術，在3D旋轉μPADs平臺實現Cd2＋和Pb2＋的特異性和多通道檢測。合成生物學紙為As2＋的檢測搭建快速、便捷的平臺，Lin Xiaomei等[78]將調控LacZ的基因回路和無細胞系統嵌入到紙上，通過切割底物氯酚紅-β-D-半乳吡喃糖苷介導色度輸出，As2＋的檢出限為0.5 mmol/L；相比之下，Wan Xinyi等[77]基于大腸桿菌全細胞體系中應用模塊化、級聯的信號放大方法，首先調整細胞內感覺受體的密度來提高靈敏度，然后設計多層轉錄放大器依次提高輸出表達水平，最終將輸出信號提高了750 倍，檢測限低于0.1 μg/kg。此外，根據重金屬的特征顯色反應、氧化還原反應、拉曼效應、與功能核酸和蛋白質特異性結合等特性搭建多種“紙上微型實驗室”，能夠為重金屬檢測提供安全可靠的紙基平臺。

2.3 農藥殘留和獸藥殘留

農藥和獸藥是為保障果蔬和肉品質量所采取的施藥措施，其殘留對人類健康和可持續發展極其不利。Song Yuqi等[86]將紙層析法與SERS聯用，對3 種獸藥（孔雀石綠、亞甲基藍、結晶紫）進行高效分離檢測，檢測限可達10 nmol/L。Wang Qin等[91]將雙量子點與高活性納米卟啉結合，建立基于雙納米信號放大的可視化熒光紙基傳感器，通過對3 種有機磷農藥（樂果、敵敵畏、內吸磷）產生的不同顏色變化響應，實現半定量分析。Shi Qiaoqiao等[95]開發了由AuNPs結合抗新霉素單克隆抗體和SERS探針分子4-氨基噻吩的雙標記免疫探針，并依此建立了用于牛奶中抗生素檢測的競爭型LFAs試紙條，分析物濃度與高分辨SERS信號成反比，檢出限低至216 pg/mL。金蕊[92]基于AChE-ChO-Cu3(PO4)2·3H2O納米花搭建了電化學和比色雙重信號輸出的μPADs，利用集成納米酶與生物酶于一體的多酶級聯催化特性，將對氧磷農藥即時檢測的檢測限降至fg/mL級別。Arduini等[62]利用集成多種紙基絲網印刷電極的三維μPADs和便攜式電位器，以折疊和展開為基礎操作，利用計時電流法監測酶活性與農藥殘留量相關的抑制關系，無需添加任何試劑或對樣品進行任何處理（如稀釋、過濾、調節pH值）即可實現對有機磷類殺蟲劑、苯氧酸類除草劑、三嗪類除草劑農藥的多功能分析。農藥和獸藥種類豐富，大部分為有機化合物，適合在化學試紙、LFAs及μPADs平臺上檢測，相比之下，合成生物學紙的優勢難以在此類無核酸結構的靶標的檢測中體現。

2.4 食品添加劑

食品添加劑主要包括一些鹽類和小分子化合物，其錯用、濫用和超標使用將影響新陳代謝并對人體器官造成危害。如圖6所示，Gharaghani等[97]將紙層析法與μPADs結合，反復折疊色譜紙構建3D微色譜平臺，以碳酸氫鹽緩沖液為流動相，縱向層析并同時比色測定了兩種偶氮食品著色劑（酒黃石和靛藍胭脂紅）。陳敏[21]制備了亞硝酸鹽化學試紙，利用亞硝酸鹽與氨基苯磺酸重氮化反應后，再與萘乙二胺發生顯色反應，只能完成定性或半定量檢測；相比之下，Thinikan等[99]以環保的蜂蠟作為疏水材料，采用絲網印刷μPADs，基于Griess偶聯反應同時比色檢測食品中硝酸鹽和亞硝酸鹽，檢出限分別為0.4 mg/L和0.1 mg/L。因此，食品添加劑可采用紙層析法分離和初步測定，在化學試紙或μPADs平臺實現定量檢測。

圖6 基于紙層析法和折疊3D μPADs檢測食品著色劑的示意圖[97]Fig.6 Schematic diagram of food colorant detection based on paper chromatography and folded 3D μPADs[97]

2.5 非法添加物

不法商販在食品生產中加入非法添加物，不僅危害消費者身體健康，還可能造成社會對食品添加劑的恐慌。楊若朦等[101]根據古蔡氏法制備乙酸鉛試紙檢測食品中的亞硫酸鹽，設計的反應裝置可用于多種揮發性有害氣體（如SO2、甲醛）的快速檢測。Li Yingying等[102]首次將基于AuNPs的LFAs應用于減肥保健食品中濫用藥物呋塞米的檢測中，檢測限為1.0～1.2 mg/kg，12 min內即可完成樣品前處理、特異性檢測和肉眼讀數全過程。Xie Liping等[48]以聚二甲基硅氧烷為阻隔劑，通過折紙建立了快速檢測三聚氰胺的三維μPAD，三聚氰胺使AuNPs聚集導致檢測區由淺粉色變為藍紫色，比色分析的檢出限為0.1 mg/kg。

2.6 毒素

食品中的毒素通常是會干擾人體生理生化反應的有機化合物，包括細菌性、真菌性和其他生物毒素，LFAs是其主要紙基檢測方法。Pei Pengxiang等[104]合成了一種基于不對稱雙嗪衍生物的紙基化學傳感器，以水楊醛腙作為結合位點和熒光信號基團識別苦杏仁中的CN－，熒光光譜的檢測限降至0.947 μmol/L。Wang Chongwen等[105]將羧基化量子點固定在聚乙烯亞胺改性Fe3O4磁性納米顆粒表面，構成磁性量子點納米顆粒并應用于LFA試紙條，實現了食品中蛋白質毒素的捕獲、富集和多重檢測，A型肉毒毒素和葡萄球菌腸毒素的檢出限分別為2.52 pg/mL和2.86 pg/mL。牛群峰等[106]基于LFAs和隧道磁阻傳感器建立了黃曲霉毒素B1檢測系統，檢測時間僅需40 s，且該系統可與多重檢測磁性層析紙結合實現多靶標的現場快速檢測；Zhang Ting等[108]基于Fe3O4@Au超粒子復合材料顯著的光熱效應、磁性和直接吸附抗體的性能，建立了定量檢測赭曲霉毒素A的LFA試紙條，在808 nm波長輻射下用便攜式紅外熱像儀記錄試紙條的光熱圖像以實現定量分析，并選取玉米、花生和大豆為樣品驗證了其實際應用潛力。

2.7 其他

隨著食品種類多樣化和成分復雜化，新型食品材料潛在有害組分對人體的危害無法忽視。除上述風險因子外，轉基因食品、生物源摻假、食品包裝釋出物等物質的檢測也可依賴于“紙上微型實驗室”。Zhang Qian等[110]基于便攜式3D打印生物傳感裝置實現了特異性重組酶聚合酶擴增和LFAs的一體化操作，該裝置能在5 min內實現基因組的提取，并在25 min內完成轉基因玉米MON810的定性檢測，還可巧妙地應用于基于等溫反應和LFAs的其他檢測領域。Bougadi等[111]從基于特異性DNA探針-AuNPs建立了乳源（奶牛、綿羊、山羊）檢測的LFAs，檢測能力比其他方法高10 倍，還可用于肉類、橄欖油和豆類等其他摻假食品的檢測。Jin等[115]基于比率熒光探針設計了三磷酸腺苷的可逆識別試紙；Liu等[112]建立了由μPAD和微型盒組成的甲醛檢測系統，為食品包裝的安全性提供了快速的紙基檢測方法。

3 結語

“紙上微型實驗室”為食品檢測建立了便捷、靈敏、經濟的新平臺。不可否認，紙基分析方法仍存在靈敏度較低、易受污染、穩定性較差等局限性，只能作為快速篩選的手段而不能作為最終診斷的依據。因此，兼具快速和準確兩大優點是“紙上微型實驗室”追求的目標，基于此目標，眾多改進方法有待發掘：1）選擇更高效的樣品預處理方法或增添過濾和濃縮組件，以縮短檢測耗時；2）開發更好的顯信號方法和專門的閱讀分析儀器，以提高檢測靈敏度；3）將纖維素紙與新興材料結合、拓展紙基分析裝置的新結構，以最大化發揮紙基便攜、快速的優勢。綜上，“紙上微型實驗室”正順應現代檢測技術簡捷化、高通量化、多功能化的趨勢迅猛發展，可為資源匱乏地區的現場快速檢測提供簡便工具，并為食品檢測提供安全、可靠的技術平臺。