用于農殘快速檢測的離心式微流控芯片研制

葉嘉明，邵佳美，楊 平，范真真，馮何凱，陳 波，杜漢根

（1.浙江清華長三角研究院蕭山生物工程中心，浙江 杭州 311231；2.國家食品安全風險評估中心應用技術合作中心，浙江 嘉興 314006；3.深圳出入境檢驗檢疫局食品檢驗檢疫技術中心，廣州 深圳 518045；4.浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江 杭州 310018）

用于農殘快速檢測的離心式微流控芯片研制

葉嘉明1,2，邵佳美1，楊 平1，范真真1，馮何凱1，陳 波3，杜漢根4

（1.浙江清華長三角研究院蕭山生物工程中心，浙江 杭州 311231；2.國家食品安全風險評估中心應用技術合作中心，浙江 嘉興 314006；3.深圳出入境檢驗檢疫局食品檢驗檢疫技術中心，廣州 深圳 518045；4.浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江 杭州 310018）

基于酶抑制原理結合光度分析方法，研制一種預存儲生化試劑的離心式微流控芯片。設計制作的一次性微流控CD芯片集成進樣、酶抑制反應、顯色反應及檢測單元，結合自行研制的便攜式分析裝置，可以同時檢測12 個樣品，能夠實現對大批量農產品中有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘留進行現場、快速、高通量檢測。結果表明：與傳統農殘快速測定儀比較，微流控芯片農殘速測系統操作單元集成度高，可以實現農殘檢測流程的自動化，樣品及試劑消耗量降至傳統速測方法的約1/20，同時檢測靈敏度、重復性和準確性整體優于傳統農殘快速測定儀，可以滿足基層非專業人員針對大批量樣品農藥殘留的篩查需求。

微流控芯片；農藥殘留；快速檢測；酶抑制法

近年來，蔬菜、水果等農產品中的農藥殘留超標現象嚴重[1-3]，為確保農產品食用安全，采取及時、有效、快速的檢測方法對農產品質量安全進行監管顯得尤為重要[4-5]。目前在水果、蔬菜等農產品中的農藥殘留以有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘留超標問題最為突出[6-7]，傳統的農藥殘留快速檢測方式主要基于酶抑制反應原理[8-9]，結合吸光度分析儀器實現批 量樣品的農殘快速、定性或半定量篩查。對比色譜-質譜聯用等精密儀器分析方法[10-14]，酶抑制法由于簡便、成本低，成為現階段基層開展大量農產品的農殘初篩首選方法[15-20]，但是仍存在以下不足之處：1）檢測步驟繁瑣，樣品前處理、酶抑制反應、顯色反應及檢測單獨進行；2）多種試劑需要現場配制，并且依靠人工移液完成多步生化反應，操作誤差大；3）檢測效率低，單個樣品檢測耗時至少20 min；4）需要專業人員操作。因此，現行的農殘速測方法及儀器無法真正實現現場、快速、高效、準確檢測，難以滿足基層單位包括農貿市場、超市、食堂等亟需大批量樣品快速篩查的檢測需求，急需發展一種便攜、簡便、全自動、高通量的農藥殘留現場快速檢測新方法。

微流控芯片又稱為芯片實驗室，是把生化實驗室分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等操作單元微縮、集成到一張幾平方厘米的芯片上，通過對微通道網絡內流體的操縱和控制，自動完成分析檢測過程[21]。微流控技術和常規的實驗技術相比，極大降低了試劑的消耗量，同時分析產生的廢液極少；在微小范圍內的能量傳遞、物質分散更快更均勻，熱能傳導快，也更易實現各種操控，因此反應快、效率高、污染少、成本低[22]。近年來，微流控芯片作為一種微型化、集成化、高通量、低成本的分析技術平臺[23]，已被廣泛應用于化學、生 物、醫學、食品分析領域[24-29]。特別是離心式光盤（compact disk，CD）狀微流控芯片，以其高通量、多重平行分析、易操作、高集成化等優點，在食品安全快速檢測領域具有廣闊的應用前景[30]。

本實驗研制了一種用于農藥殘留現場、快速、全自動、高通量檢測的離心式微流 控芯片。農殘生化反應試劑（包括酶、底物和顯色劑）預先存儲于CD狀微流控芯片中，避免現場配制試劑溶液；配合自行研制的便攜式離心檢測系統，實現酶抑制反應、顯色反應及檢測的全集成和自動化，操作簡便；并且一張芯片可同時檢測多個樣品，特別適用于基層非專業人員開展大批量樣品的農藥殘留現場、快速篩查。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

芥蘭、小白菜、生菜、娃娃菜、卷心菜、上海青市購。

芯片材料：光學級聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）板材，0.5、3.0 mm兩種厚度規格，均購于上海佰芯生物科技有限公司。

氨基甲酸酯類：克百威、滅多威、甲萘威、抗蚜威；有機磷類：甲胺磷、敵敵畏、毒死蜱、三唑磷，均購自上海市農藥研究所。

乙酰膽堿酯酶（EC 3.1.1.7，來自電鰻，217 U/mg）、碘化硫代乙酰膽堿和5,5-二硫二硝基苯甲酸 美國Sigma公司；磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀和碳酸氫鈉 國藥集團化學試劑有限公司。

pH 8.0磷酸鹽緩沖溶液：分別稱取11.9 g無水磷酸氫二鉀與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碳酸氫鈉，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：根據酶的活性情況，用緩沖溶液溶解，ΔA0值應控制在0.3以上。

1.2 儀器與設備

離心式微流控芯片農殘速測儀（搭配離心式農殘速測芯片）由實驗室自主研制；5通道農藥殘留快速測定儀（搭配農藥殘留檢測試劑盒）；YoungLaser-V12型二氧化碳激光芯片雕刻機 蘇州揚清芯片科技有限公司；DW系列超低溫保存箱（－86 ℃） 海爾生物醫療公司；Scientz-N型真空冷凍干燥機 寧波新芝生物技術股份有限公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋 常州智博瑞儀器制造有限公司；FA1604電子天平 上海精科實業有限公司；Milli-Q超純水系統（18 MΩ） 美國Millipore公司。

1.3 方法

1.3.1 芯片的設計與制作

圖1 離心式微流控農殘檢測芯片結構（A）和結構單元（B）示意圖Fig.1 Schematic presentation of the centrifugal microfluidic chip for detection of pesticide residues (A) and construction unit (B)

如圖1所示，本實驗所設計的微流控芯片由兩層PMMA基片組成（直徑80 mm）：頂層為厚度0.5 mm PMMA基片，底層為厚度3 mm的通道層。單張芯片集成12 個農殘檢測單元（可用于同時檢測12 個樣品），每個檢測單元由進樣口、酶抑制反應池、顯色反應與檢測池、廢液池和通氣孔構成，其中2 個反應池的體積均為120 μL。芯片的制作過程如下：首先，用CorelDRAW軟件設計芯片各層的結構圖案；其次，通過二氧化碳激光雕刻機直接在PMMA基材上加工反應池和微通道，同時切割獲得0.5 mm PMMA基片；最后，將空白蓋板和刻有通道圖案的基片鍵合，制得一次性的農殘快速檢測芯片。

1.3.2 試劑預存儲

芯片鍵合前，采用真空冷凍干燥法將所需試劑預先固定在檢測芯片中[29]，具體操作方法如下：如圖1B所示，芯片的酶抑制反應池中加入5 μL酶溶液，在顯色反應與檢測池中依次加入5 μL顯色劑和5 μL底物混合溶液，超低溫冰箱－80 ℃預凍20 min后，置于真空冷凍干燥機內冷凍干燥2 h制備獲得預存儲生化試劑的檢測芯片。所制備的芯片可低溫條件下長期保存，方便運輸，便于復活利用[31]。

1.3.3 流體的操控

微流控芯片的基本特征和最大優勢是多種操作單元在整體可控的微小平臺上靈活組合、規模集成。為滿足農藥殘留全自動、高通量、快速檢測，本實驗通過離心式微流控芯片平臺，實現了農殘檢測過程涉及的多個操作單元，包括酶抑制反應、顯色反應和檢測的全集成，其技術核心是微量液體在芯片內部的精密、可控轉移。如圖2所示，使用移液槍將120 μL待測液加至酶抑制反應池（步驟1）；通過調節離心模塊旋轉的方向及轉速，可以精密操控待測液體轉移至顯色反應與檢測池（步驟2），從而全自動完成樣品的檢測流程。

圖2 進樣及液體在芯片內各反應池之間的轉移Fig.2 Solution aspiration and transportation in microchip

1.3.4 實驗室自制便攜式檢測裝置

為了配合離心式微流控芯片進行農藥殘留的現場快速檢測，本實驗搭建了一套便攜式檢測裝置，即離心式微流控芯片農殘速測儀（圖3），其基本組成包括光電檢測、流體控制（離心模塊）、溫度控制和數據處理等模塊。

圖3 離心式微流控芯片農殘速測儀外觀（A）及芯片（B）實物照片Fig.3 Schematic illustration of the centrifugal microfluidic chip-based pesticide residue detector (A) and the microfluidic chip (B)

1.3.5 農殘速測芯片的驗證

1.3.5.1 檢測原理

本實驗采用的是酶抑制率法，以硫代乙酰膽堿為底物，在乙酰膽堿酯酶的作用下硫代乙酰膽堿水解成硫代膽堿，硫代膽堿可與顯色劑作用生成5-巰基-2-硝基苯甲酸，使反應液呈黃色，用分光光度計在410 nm波長處測定吸光度隨時間的變化值，計算出抑制率，通過抑制率可以判斷是否有高劑量有機磷和氨基甲酸酯類農藥的存在[32-33]。依據GB/T 5009.199—2003《蔬菜中有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘留量的快速檢測》，當乙酰膽堿酯酶抑制率不低于50%，蔬菜中有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘留超標，結果為陽性樣品；當抑制率不高于50%，蔬菜中農藥殘留合格，結果為陰性樣品。

1.3.5.2 樣品的前處理及測定

樣品提?。菏卟藰悠芳舫? cm左右見方碎片，取樣品1 g置于提取瓶中，加入5 mL緩沖液，振蕩提取2 min，倒出提取液，靜置3 min，待用。

微流控芯片農殘速測儀操作流程：取120 μL對照緩沖液和上述樣品提取液分別由芯片進樣口加入，將芯片放入儀器，設置對應樣品信息，按“檢測”鍵，儀器開始工作，5 min后自動獲得抑制率結果。

傳統農殘速測儀操作流程：1）對照測試：在1 cm比色皿中，加入酶100 μL，加入緩沖液2.5 mL，混勻，于37 ℃烘箱中靜置10 min，再加顯色劑100 μL，加入底物20 μL，搖勻后及時放入儀器樣品池，按“對照檢測”鍵，進行測試；2）樣品測試：在1 cm比色皿中，加入酶100 μL，加入待測試液2.5 mL，混勻，于37 ℃烘箱中靜置10 min，再加顯色劑100 μL，加入底物20 μL，搖勻后及時放入儀器樣品池，按“樣品測量”鍵，進行測試。

1.3.5.3 靈敏度和重復性考察

將各種農藥標準溶液用緩沖液稀釋成5 個質量濃度梯度，分別用離心式微流控芯片速測儀和傳統農藥殘留快速測定儀進行測定，根據抑制率值判定其檢測靈敏度，每種質量濃度重復3 次實驗考察重復性。

1.3.5.4 準確度考察

以假陽性和假陰性結果進行判定。

假陽性：用色譜定量法（依據NY/T 761—2008《蔬菜和水果中有機磷、有機氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農藥多殘留檢測方法》進行測定）檢測市場采購的蔬菜樣品，對于檢測結果為陰性的15 份樣品，其提取液分別用離心式微流控芯片農殘速測儀和傳統農藥殘留快速測定儀檢測，與色譜法檢測結果的一致性進行比較，分析假陽性結果。

假陰性：采用陰性樣品加標法，以未噴灑農藥的白菜和卷心菜為加標對象，按國標法操作提取待測液，選擇蔬菜中常檢出的克百威（氨基甲酸甲酯類）和敵敵畏（有機磷類）加標，加標量均在GB 2763—2014規定的最大殘留限量以上（加標方法如表1所示），分別用離心式微流控芯片農殘速測儀和傳統農藥殘留快速測定儀檢測，判定結果一致性，分析假陰性結果。

表1 假陰性實驗加標方法Table1 Standard addition method for false negative test

2 結果與分析

2.1 芯片的結構設計

根據酶抑制法快速檢測農殘的原理，在芯片上設計了二級串聯反應池，其中酶抑制反應池底部固定酶，顯色反應與檢測池底部固定底物和顯色劑，反應池間以短通道連接，該通道起到“毛細管閥”的作用。更具體地，在離心模塊低速（不高于1 000 r/min）運行狀態下，溶液被限定于酶抑制反應池中；當離心模塊高速（高于1 000 r/min）運行時，溶液將突破“毛細管閥”進入下一級反應池；當離心模塊高速（不低于1 500 r/min）運行時，溶液將完全通過“毛細管閥”進入下一級反應池。檢測時待測液首先進入酶抑制反應池，速測儀離心模塊順時、逆時針低速往復旋轉，在37 ℃恒溫條件下農藥組分與酶發生酶抑制反應；隨后逆時針高速離心（1 500 r/min）驅動混合液進入顯色反應與檢測池發生水解反應并顯色。

2.2 芯片中酶抑制反應時間的確定

圖4 芯片中酶抑制反應時間對農殘抑制率的影響Fig.4 Effect of reaction time in the chip on inhibition of the enzyme

根據GB/T 5009.199—2003《蔬菜中有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘留量的快速檢測》的規定，酶抑制反應溶液需在37 ℃水浴鍋中恒溫反應10～15 min。針對本實驗芯片中的微反應體系，將質量濃度為0.1 mg/L的克百威標準液加入預恒溫37 ℃的芯片中，考察反應時間對農殘抑制率的影響。如圖4所示，當反應時間超過80 s后，農殘抑制率達到一穩定平臺?？紤]到快速檢測需求，本實驗采用80 s作為芯片中酶抑制反應時間。

2.3 兩種測定方法的對比

2.3.1 農藥殘留檢測重復穩定性和靈敏度

便攜式農藥殘留速測儀可以通過檢測酶反應過程中顯色的深淺，轉換成相應的抑制率，在儀器上以讀數形式出現，可以通過抑制率大小估算殘留農藥的質量濃度，因此速測儀檢測結果的重復穩定性是考察儀器性能的重要指標之一。兩種農藥殘留快速檢測儀對8 種農藥檢測結果的重復性考察見表2。

表2 兩種農藥殘留快速檢測儀對8 種農藥檢測結果的重復性考察Table2 Repeatability of detection of eight pesticides by two rapid pesticide residue detectors

表3 兩種農藥殘留快速檢測儀對8 種農藥檢測的靈敏度Table3 Sensitivity of two rapid pesticide residue detectors for8 pesticidest mg/L

兩種農藥殘留快速檢測儀對8 種農藥檢測的靈敏度見表3。兩種農藥殘留快速檢測儀對所有有機磷和氨基甲酸酯類農藥都能靈敏反應，離心式微流控芯片農殘速測儀明顯優于傳統農藥殘留快速測定儀。其中，離心式微流控芯片農殘速測儀檢測結果顯示，農藥抗蚜威檢測靈敏度為0.1 mg/L、甲胺磷檢測靈敏度為0.2 mg/L、毒死蜱檢測靈敏度為0.1 mg/L和三唑磷檢測靈敏度為0.02 mg/L，靈敏度均明顯高于傳統農藥殘留快速測定儀；而高毒農藥克百威檢測靈敏度范圍在0～0.01 mg/L之間、滅多威檢測靈敏度范圍在0～0.02 mg/L之間、敵敵畏檢測靈敏度范圍在0～0.02 mg/L之間，兩種儀器檢測結果相當，且均低于國家標準檢測限值。可見，離心式微流控芯片農殘速測儀符合國家檢測標準，可以用來進行農殘檢測。

2.3.2 農藥殘留檢測準確性

2.3.2.1 假陽性測定結果

表4 蔬菜有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘留檢測色譜法和速測法比對假陽性結果Table4 False positive results for organophosphorus and carbamate pesticide residues in vegetables detected by two rapid detectors

表4表明，針對15 個色譜法檢測結果為陰性的蔬菜樣品，離心式微流控芯片農殘速測儀和傳統農藥殘留快速測定儀的檢測結果均為陰性，未出現假陽性。

2.3.2.2 假陰性測定結果

針對克百威和敵敵畏兩種農藥用色譜法檢測結果為陰性的白菜和卷心菜中加標測定，16 個加標樣品，離心式微流控芯片農殘速測儀和傳統農藥殘留快速測定儀的結果判斷一致，見表5。

5 蔬菜克百威和敵敵畏農藥殘留速測法比對假陰性結果Table5 False negative results for organophosphorus and carbamate pesticide residues in vegetables detected by two rapid detectors

2.3.3 儀器操作對比結果

表6 離心式微流控芯片農殘速測儀和傳統農殘速測儀方法對比Table6 Comparison of the developed method with traditional rapid pesticide residue analyzer

從表6可以看出，對比傳統的農殘速測方法，本實驗提出的微流控芯片直接將農藥殘留檢測試劑預存儲于芯片內部，無需現場配制溶液；一次性可檢測12 個樣品，檢測時間僅為10 min，顯著提高檢測效率；樣品及試劑消耗量降至常規檢測的約1/20；操作簡便，檢測精度、重復性與準確性能夠滿足農藥殘留的現場快速檢測需求。

3 結 論

本實驗研制了一種用于農藥殘留現場、快速檢測的離心式微流控芯片。旨在使用一次性的高聚物芯片，配合自行研制的便攜式農殘速測儀，實現對有機磷、氨基甲酸酯類農藥的全自動、高通量、低成本的檢測。所研制的微流控芯片直接將農藥殘留檢測所需試劑預存儲于芯片內部，無需現場配制溶液；可在芯片內部自動進樣、生化反應及檢測，實現檢測流程自動化；樣品及試劑消耗量少；可同時檢測12～24 個樣品，能夠滿足農藥殘留的大批量樣品篩查需求。微流控芯片檢測方法操作簡便，檢測靈敏度、重復穩定性與準確性均能夠滿足農藥殘留的現場快速檢測需求。此外，本實驗研制的芯片以高聚物為基材，成本低、易批量化生產，適合一次性農藥殘留檢測需求。

綜上所述，離心式微流控芯片可實現全自動檢測流程，靈敏性高、準確性高、操作簡便，特別適合于農貿市場、超市、農產品種植基地、機關食堂等基層單位的非專業人員開展現場、快速、高通量的農藥殘留篩查。

[1] 吳春紅, 聶繼云, 徐國鋒, 等. 果蔬中農藥殘留檢測技術研究進展[J]. 植物保護, 2009, 35(3)： 23-26. DOI：10.3969/ j.issn.0529-1542.2009.03.006.

[2] 朱松明, 周晨楠, 和勁松, 等. 基于酶抑制法的農藥殘留快速比色檢測[J]. 農業工程學報, 2014, 30(6)： 242-248. DOI：10.3969/ j.issn.1002-6819.2014.06.029.

[3] 呂建華, 安紅周, 郭天松. 農藥殘留對我國食品安全的影響及相應對策[J]. 食品科技, 2006, 31(11)： 16-20. DOI：10.3969/ j.issn.1005-9989.2006.11.005.

[4] 于娜, 鄒琳, 孟紅英. 蔬菜農藥殘留超標對人體健康的危害及預防[J]. 現代農業科技, 2010(4)： 381. DOI：10.3969/ j.issn.1007-5739.2010.04.251.

[5] 徐溢, 張玉志, 范偉, 等. 環境和食品中農藥殘留快速檢測技術研究進展[J]. 化學通報, 2006, 69(9)： 718-719. DOI：10.3969/ j.issn.0441-3776.2006.09.004.

[6] 蔡建榮, 張東升, 趙曉聯. 食品中有機磷農藥殘留的幾種檢測方法比較[J]. 中國衛生檢驗雜志, 2002, 12(6)： 750-752. DOI：10.3969/ j.issn.1004-8685.2002.06.082.

[7] 王連珠, 周昱, 黃小燕, 等. 基于QuEChERS提取方法優化的液相色譜-串聯質譜法測定蔬菜中51 種氨基甲酸酯類農藥殘留[J]. 色譜, 2013, 31(12)： 1167-1175.

[8] 邱靜. 我國主要農藥殘留快速檢測方法及產品現狀分析[J]. 農產品質量與安全, 2011(5)： 41-46. DOI：10.3969/j.issn.1674-8255.2011.05.014.

[9] DUFORD D A, XI Y Q, SALIN E D. Enzyme inhibition-based determination of pesticide residues in vegetable and soil in centrifugal microfluidic devices[J]. Analytical Chemistry, 2013, 85(16)： 7834 -7841.

[10] 劉建慧, 孫鑫, 劉希光, 等. 果蔬中農藥殘留現狀及檢測技術的研究進展[J]. 食品研究與開發, 2014, 35(15)： 119-122. DOI：10.3969/ j.issn.1005-6521.2014.15.034.

[11] 何佩雯, 趙海譽, 杜鋼, 等. 氣相色譜技術在中藥農藥殘留檢測中的應用[J]. 中國實驗方劑學雜志, 2010, 16(2)： 126-134. DOI：10.3969/ j.issn.1005-9903.2010.02.042.

[12] 劉寶峰, 劉罡一, 馬又娥, 等. 高效液相色譜-串聯質譜法檢測蔬菜水果中65 種農藥殘留方法研究[J]. 科技通報, 2010, 26(1)： 93-99.

[13] O’MAHONY J, CLARKE L, WHELAN M, et al. The use of ultrahigh pressure liquid chromatography with tandem mass spectrometric detection in the analysis of agrochemical residues and mycotoxins in food challenges and applications[J]. Journal of Chromatography A, 2013, 1292： 83-95.

[14] 賀筱蓉, 周華英. 農殘速測卡與氣相色譜在檢測蔬菜有機磷農藥殘留中的對比試驗[J]. 中國衛生檢驗雜志, 2003, 13(6)： 678-679. DOI：10.3969/j.issn.1004-8685.2003.06.002.

[15] 張文成, 宮洪景. 果蔬中農藥殘留快速檢測法研究進展[J]. 食品科學, 2008, 29(12)： 752-755. DOI：10.3321/j.issn：1002-6630.2008.12.176.

[16] 林春綿, 胡曉燕. 酶抑制法快速檢測有機磷農藥殘留的研究進展[J]. 浙江工業大學學報, 2009, 37(4)： 386-391. DOI：10.3969/ j.issn.1006-4303.2009.04.007.

[17] 謝婷婷, 戚愛棣, 楊美華. 有害殘留物快速檢測技術研究進展[J]. 中國衛生檢驗雜志, 2010, 20(4)： 936-938.

[18] 杜美紅, 孫永軍, 汪雨, 等. 酶抑制-比色法在農藥殘留快速檢測中的研究進展[J]. 食品科學, 2010, 31(17)： 462-466.

[19] 欒云霞, 李楊, 平華, 等. 基于酶抑制法的農藥殘留快速檢測儀器現狀及評價[J]. 食品安全質量檢測學報, 2012, 3(6)： 690-694.

[20] 蘇展, 董慶利, 徐斐, 等. 應用全自動農殘速測儀檢測蔬菜中甲胺磷殘留的參數優化研究[J]. 食品工業科技, 2010, 31(9)： 352-354.

[21] DANIEL F, DEVANAND P. Lab-on-a-chip： a revolution in biological and medical sciences[J]. Analytical Chemistry, 2000, 72(9)： 330-335. DOI：10.1021/ac002800y.

[22] WHITESIDES G M. The origins and the future of microfluidics[J]. Nature, 2006, 442： 368-373.

[23] ZHUANG Q C, NING R Z, YUAN M A, et al. Recent developments in microfluidic chip for in vitro cell-based research[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2016, 44(4)： 522-532. DOI：10.1016/S1872-2040(16)60919-2.

[24] WU J, WANG X, LIN Y T, et al. Peroxynitrous-acid-induced chemiluminescence detection of nitrite based on microfluidic chip[J]. Talanta, 2016, 154： 73-79. DOI：10.1016/j.talanta.2016.03.062.

[25] SACKMANN E K, FULTON A L, BEEBE D J. The present and future role of microfluidics in biomedical research[J]. Nature, 2014, 507： 181-189. DOI：10.1038/nature13118.

[26] GUO L J, FENG J S, FANG Z C, et al. Application of microfluidic“lab-on-a-chip” for the detection of mycotoxins in foods[J]. Trends in Food Science and Technology, 2015, 46(2)： 252-263. DOI：10.1016/ j.tifs.2015.09.005.

[27] SCOGNAMIGLIO V, ARDUINI F, PALLESCHI G, et al. Biosensing technology for sustainable food safety[J]. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2014, 62： 1-10. DOI：10.1016/j.trac.2014.07.007.

[28] JIANG H, JIANG D L, ZHU P, et al. A novel mast cell co-culture microfluidic chip for the electrochemical evaluation of food allergen[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2016, 83(15)： 126-133. DOI：10.1016/ j.bios.2016.04.028.

[29] 苑寶龍, 王曉東, 楊平, 等. 用于農藥殘留現場快速檢測的微流控芯片研制[J]. 食品科學, 2016, 37(2)： 198-203. DOI：10.7506/spkx1002-6630-201602035.

[30] ABKAR A S, FATIMAH I, SHAH M U, et al. A microfluidic lab-on-adisc integrated loop mediated isothermal amplification for foodborne pathogen detection[J]. Sensors and Actuators B-Chemical, 2016, 227：600-609. DOI：10.1016/j.snb.2015.10.116.

[31] 徐成海. 真空科學技術叢書： 真空干燥技術[M]. 北京： 化學工業出版社, 2011.

[32] 衛生部. 蔬菜上有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘毒快速檢測方法：NY/T 448—2001[S]. 北京： 中國標準出版社, 2001.

[33] 衛生部. 蔬菜中有機磷與氨基甲酸酯類農藥殘留量的快速檢測：GB/T 5009.199—2003[S]. 北京： 中國標準出版社, 2003.

Fabrication and Application of Centrifugal Microfludic Chip for Rapid Detection of Pesticide Residues

YE Jiaming1,2, SHAO Jiamei1, YANG Ping1, FAN Zhenzhen1, FENG Hekai1, CHEN Bo3, DU Hangen4
(1. Biotechnology Center at Xiaoshan, Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University, Hangzhou 311231, China; 2. Cooperation Center for Application Technology, China National Center for Food Safety Risk Assessment, Jiaxing 314006, China; 3. Food Inspection and Quarantine Center, Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Shenzhen 518045, China; 4. School of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China)

In this paper, a novel disposable centrifugal microfludic chip with pre-storage biochemical reagents was developed for the rapid detection of pesticide residues in agricultural products, which was based on the principle of enzyme inhibition and photometric analysis. The microfludic chip was integrated with sampling, enzyme inhibition, color development and detection chamber. By coupling with a portable detection device developed in our laboratory, the microfludic chip could provide a simple, easy-to-use, low-cost and sensitive approach for rapid detection of organophosphate and carbamate pesticides on site. Results indicated that the microfluidic chip could achieve an automatic detection process with the advantages of less consumption of reagents (reduction by one-twentieth) and satisfied accuracy compared with the traditional pesticide residue detector. Furthermore, the microfluidic chip was proved to be a powerful tool for screening pesticide residues in the case of high-throughput requirement. The microfluidic chip was superior to the traditional pesticide residue detector in term of detection sensitivity, reproducibility and measurement accuracy. The microfluidic chip coupled with self-made detection device is particularly suitable for on-site, rapid and highthroughput screening of pesticide residues by nonprofessionals.

microfluidic chip; pesticide residues; rapid detection; acetylcholin esterase (Ache) inhibition method

10.7506/spkx1002-6630-201712045

TS207.3；S481.8

A

1002-6630（2017）12-0292-06

葉嘉明, 邵佳美, 楊平, 等. 用于農殘快速檢測的離心式微流控芯片研制[J]. 食品科學, 2017, 38(12)： 292-297.

10.7506/ spkx1002-6630-201712045. http：//www.spkx.net.cn

YE Jiaming, SHAO Jiamei, YANG Ping, et al. Fabrication and application of centrifugal microfludic chip for rapid detection of pesticide residues[J]. Food Science, 2017, 38(12)： 292-297. (in Chinese with English abstract) DOI：10.7506/spkx1002-6630-201712045. http：//www.spkx.net.cn

2016-07-15

食品科學與工程浙江省重中之重一級學科開放基金項目（JYTSP20142062）；嘉興市公益性應用技術研究計劃項目（2015AY23006）

葉嘉明（1979—），男，高級工程師，博士，主要從事微流控芯片即時檢測系統研究。E-mail：yejiaming723@126.com