宋艷秋，彭媛，高志賢，何厚羅，徐天依，王明林

（1.山東農業(yè)大學食品科學與工程學院，山東泰安271018；2.軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生學環(huán)境醫(yī)學研究所，天津300050）

光子晶體是由至少兩種及以上介電常數(shù)不同的材料周期性排列所形成的，它具有獨特的光學性質（布拉格衍射定律）及天然的結構色，可實現(xiàn)對響應信號的自表達。當光子晶體與響應性材料結合后，在外界環(huán)境刺激（物理、化學刺激等）的作用下會出現(xiàn)晶格間距的改變，導致結構色的變化，因此成為一種新型可視化檢測材料。近年來，食品安全形勢嚴峻，食品安全問題日益突出，有害物殘留等問題屢屢發(fā)生。光子晶體檢測技術實時快速并且結果直觀，在食品有害物的檢測中具有廣闊的應用前景。

本文主要內容是光子晶體的定義，光子晶體的具體檢測原理，光子晶體的主要制備方法以及光子晶體技術在食品有害物（真菌毒素殘留問題、農獸藥殘留問題、抗生素殘留問題、重金屬殘留及非法添加物等）中的檢測應用現(xiàn)狀。同時對光子晶體在食品有害物檢測中未來應用的發(fā)展方向和前景進行展望，擬為光子晶體技術在食品有害物檢測中的進一步研究和開發(fā)奠定基礎。

1 光子晶體技術

光子晶體是由至少兩種介電常數(shù)不同的材料周期性排列所形成的，它具有周期性的光子禁帶，能夠周期性的調制光波，符合布拉格衍射定律，因此具有獨特的光學性質及天然的結構色，應用前景廣泛。光子晶體是1987由Yablonovitch[1]和John[2]幾乎同時在PhysicalReview Letters上發(fā)表論文提出的概念。從此以后，光子晶體由于其獨特的光學性質，人們開始關注其在生化、物理、新型材料及傳感器方向的應用前景。然而，光子晶體引起人們更廣泛和深入研究是在1991年Yablonovitch首次提出其具有光子禁帶后。值得一提的是1999年光子晶體被美國雜志《Science》列為未來的六大研究熱點之一及1999年十大科學進展之一，因此光子晶體廣闊的發(fā)展前景不言而喻。下面具體介紹光子晶體。

1.1 光子晶體定義

眾所周知，由于光子晶體中不同介電常數(shù)的材料周期性排列成有序的結構導致其產生能帶結構，當光波進入材料中后，周期性介電結構調控光波，使其傳播途徑發(fā)生改變，軌跡變?yōu)閹钅軒ЫY構，當光波的傳播頻率與光子能帶重合時，則該方向的光波無法實現(xiàn)傳播，因此這種能帶結構被稱為“光子禁帶”[3-4]。那么帶有這種周期性光子禁帶的材料被稱為光子晶體。根據這種光子禁帶的空間分布情況，光子晶體分為一維光子晶體、二維光子晶體及三維光子晶體3種。

1.2 光子晶體檢測原理

光子晶體對光波的調制符合布拉格衍射原理，即：mλ=2nd sinθ，其中λ為衍射波長、d為晶格間距、n為材料的折射系數(shù)、m為布拉格衍射級數(shù)及θ為衍射角。由于介質材料的平均折射率n及晶格間距d發(fā)生改變都會引起衍射峰波長的改變。當光子晶體收到外界環(huán)境刺激時，例如溫度變化[5]、電場變化[6-7]、磁場變化[8]、pH 值變化[9]或與物質特異性結合[10-20]，均會引起折射率的改變或晶格間距的改變，從而導致衍射峰波長的改變，最后反映在結構色的改變上，這是一種肉眼可識別的顏色變化，因此實現(xiàn)了可視化檢測。

1.3 光子晶體的制備

自然界中存在許多天然的光子晶體，例如蝴蝶的翅膀[21]、孔雀的羽毛、蛇的鱗片、海老鼠的毛發(fā)及蛋白石[22-23]等。這些斑斕的顏色并不是色素的原因，而是由不同材料周期性排列所導致的。但是天然的光子晶體畢竟是少數(shù)的，要想充分利用光子晶體這種具有獨特光學性質的材料，還需要人工制備光子晶體[24]才能滿足人們的需求。近年來，各種各樣的光子晶體制備方法涌現(xiàn)而出，但大致可以分為以下幾類：

1）垂直沉降自組裝法[25]即利用單分散的微球（二氧化硅微球、聚苯乙烯微球、甲基丙烯酸甲酯微球等）自身的重力，垂直沉降自組裝機制，緊密堆積形成三維有序的光子晶體結構。該技術目前相對成熟，主要制備蛋白石光子晶體，并且可以控制光子晶體的尺寸。

2）模板法[26-27]即以蛋白石光子晶體為模板，向微球間的縫隙中填充預聚合液，反應完成后再刻蝕掉原來的蛋白石光子晶體模板，形成三維有序的聚合物骨架，所以這類光子晶體也成為反蛋白石光子晶體。

3）微電子加工法[28]這種方法主要是通過電子束刻蝕、光刻等方法獲得光子晶體。

4）激光全息法[29]這種方法是利用激光束的干涉，從而形成3D全息投影，然后將該投影透射到玻璃體或感光樹脂上，再利用強光引發(fā)該物質聚合，反應完成后即制備出呈周期性結構的高度有序的光子晶體。

2 光子晶體技術在食品有害物檢測中的應用現(xiàn)狀

2.1 光子晶體技術在食品中真菌毒素檢測中的應用現(xiàn)狀

真菌毒素是由真菌物種產生的次級代謝產物，當谷物、飼料和食品在有利的溫度和濕度條件下存儲或加工時利于真菌生長。一旦真菌毒素污染谷物或飼料，就可能進入食物鏈，造成人類和動物疾病。例如，美國國際癌癥研究機構將黃曲霉毒素B1（Aflatoxin B1，AFB1）列為第 I類致癌物[30]。約有 20 000～30 000 種獨特的真菌毒素，至少數(shù)百種真菌毒素已被鑒定為有毒有害物質[31]。常見的危害性最大的真菌毒素主要有黃曲霉毒素B1、伏馬菌素、赭曲霉毒素和柑橘素等[32]。因此，發(fā)展簡單、經濟高效、準確、高靈敏度和特異性的多重真菌毒素篩選技術對食品安全監(jiān)測具有重要意義。

Li等[33]通過光子晶體微芯片技術檢測食品中黃曲霉毒素B1（AFB1），伏馬菌素B1（Fumonisin FB1，F(xiàn)B1）和柑橘素（Citrus，CIT）。將真菌毒素的人造抗原（Antigens，Ags）固定在3種二氧化硅光子晶體微球（Silica photonic crystalmicrospheres，SPCMs）懸浮陣列的表面上，建立了一種新穎，靈敏和高通量的多重真菌毒素競爭性免疫測定法。SPCMs由其反射峰位置編碼。提取摻入谷物中的黃曲霉毒素B1（AFB1），伏馬菌素B1（FB1）和柑橘素（CIT），將這些霉菌毒素的異硫氰酸熒光素標記抗體（Antibodies，Abs）加入到含有SPCMs修飾的人造抗原（Ags）。通過陣列熒光掃描儀收集熒光信號。檢測限（Limitofdetection，LOD）分別為 0.5、1、0.8 pg/mL。新方法分別為AFB1，F(xiàn)B1和CIT提供了0.001 ng/mL至10 ng/mL，0.001 ng/mL 至 10 ng/mL，0.001 ng/mL 至1 ng/mL的寬線性檢測范圍。玉米，花生和小麥中3種真菌毒素的平均回收率分別為（74.7±4.0）%～（127.9±4.4）%。開發(fā)的霉菌毒素方法用于測定10種天然污染的谷物樣品中的AFB1，F(xiàn)B1和CIT水平，檢測結果與經典的酶聯(lián)免疫吸附測定（Enzyme linked immunosorbentassay，ELISA）方法一致。該方法可以節(jié)省大量試劑（10μL體積）和檢測時間（＜3 h），用于多重霉菌毒素測定。

Zheng等[34]基于適配體熒光信號恢復，在谷物樣品中設計了一種新型高通量光子晶體微球（Highthroughputphotonic crystalmicrospheres，PHCMs） 懸浮陣列，用于檢測食品中黃曲霉毒素（AFB1）、赭曲霉毒素A（Ochratoxin A，OTA）、伏馬菌素B1（FB1）。分別用熒光染料和猝滅劑標記的真菌毒素適配體和適配體互補鏈固定在羧基化的PHCM表面。當相應的霉菌毒素靶標與其適配體結合時，PHCMs的熒光恢復信號強度報告了霉菌毒素的濃度。不同種類的霉菌毒素被PHCM的結構顏色區(qū)分開來。檢測系統(tǒng)對AFB1、OTA及FB1的線性檢測范圍分別為0.1 ng/mL～10 ng/mL、0.1 ng/mL～10 ng/mL 及 0.1 pg/mL～0.1 ng/mL，檢出限（LOD）分別為 15.96、3.96 fg/mL和11.04 pg/mL。該方法對AFB1，OTA和FB1的加標谷物樣品的回收率與傳統(tǒng)ELISA的回收率一致。對多重霉菌毒素具有超靈敏，高選擇性和小體積的試劑需求等優(yōu)點。

Xu[35]等開發(fā)了一種基于化學發(fā)光酶免疫測定（Chemiluminescent enzyme immunoassay assay，CLIA）的硅膠-水凝膠光子晶體微球（Silica-hydrogelphotonic crystalmicrospheres，SHPCM）懸浮陣列進行食品中多重真菌毒素檢測。SHPCM的間隙被水凝膠材料占據，保留了二氧化硅光子晶體（Silica-hydrogel photonic crystalmicrosphere，SPCM）的結構顏色，不僅可以用反射峰或結構顏色的位置編碼微球載體，而且可以減少非特異性蛋白質吸附，導致低背景信號。與SPCM和玻璃珠比較，SHPCM可以提供更寬的動態(tài)檢測線性范圍和較低的背景信號。AFB1、FB1和OTA的線性檢測范圍分別為 0.000 1 ng/mL～1 ng/mL、0.001 ng/mL～10 ng/mL、0.000 1 ng/mL～1 ng/mL。AFB1、FB1和 OTA 的水稻，玉米和小麥樣品的回收率分別為（74.96±5.82）%～（104.87±5.77）%。通過高效液相色譜-串聯(lián)質譜（High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry-Mass Spectrometry，HPLC-MS/MS）證實了該方法在20個實際谷物樣品中檢測到的陽性結果。結果表明，SHPCM懸浮液陣列可用于谷物樣品中多種真菌毒素的高通量和敏感篩選。

2.2 光子晶體技術在食品中農藥殘留檢測中的應用現(xiàn)狀

近年來，世界各地對農產品使用農藥去除真菌等害蟲已成為常見的做法，但過度使用和不正確使用導致食品農藥殘留超標，嚴重影響人體健康[36-37]。由于農藥廣泛使用，監(jiān)督不力，食品安全問題成為世界各地公眾關注的重大問題。據不完全統(tǒng)計，使用農藥總量的 70%左右是有機磷（Organic phosphorus，OP）農藥和氨基甲酸酯（Carbamate，CM）農藥[38]。因為它們在自然條件下的持久性相對較低，而且對消滅昆蟲有效性很高，因此成為農業(yè)中廣泛使用的農藥。政府機構和國際組織制定了規(guī)定，確保食品中的農藥濃度低于最大殘留限量（Maximum residue limits，MRLs）[39]。因此，需要開發(fā)適合的分析方法來支持這些MRLs。因此，對農藥的快速，靈敏，可靠的定量分析方法是非常重要的。

Yin等[40]開發(fā)了基于二氧化硅-水凝膠雜交微珠（Silica-hydrogelhybridmicrobeads，SHHM）的懸浮陣列的有機磷農藥和氨基甲酸酯農藥的多重檢測技術。由二氧化硅和水凝膠材料組成的SHHM的主要優(yōu)點是它們不僅可以通過其來自光子晶體的阻帶的特征反射峰來區(qū)分，而且還具有低的非特異性吸附蛋白質。使用熒光免疫分析法測定了滅蟲劑、毒死蜱、對硫磷、甲萘威及美托洛爾。它們的最低檢出限分別為0.02、0.012、0.04、0.05、0.1 ng/mL，如歐盟農藥數(shù)據庫所報告的那樣遠遠低于最大殘留限量。所有這5種農藥的測定系數(shù)均大于0.99，表現(xiàn)出良好的相關性。懸浮液陣列是特異性的，與其他化學物質沒有顯著的交叉反應性。使用該方法從農業(yè)樣品中檢測農藥殘留的結果與液相色譜-串聯(lián)質譜法的結果一致。研究結果表明，這種簡單的方法適合同時檢測這5種水果和蔬菜中的農藥殘留。

Wang等[41]將膠體晶體模板法和分子印跡技術組合開發(fā)了一種用于快速無標記檢測吡蟲啉的傳感技術。分子印跡光子晶體水凝膠膜（Molecular imprinted photonic hydrogels，MIPH）由甲基丙烯酸作為單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯作為交聯(lián)劑和吡蟲啉作為印跡模板分子制備。當去除膠體晶體模板和分子印跡模板時，所得到的MIPH膜具有納米空間和高度有序的三維結構?？梢酝ㄟ^可讀的布拉格衍射紅移來檢測MIPH膜對水溶液中吡蟲啉的反應。當吡蟲啉的濃度從10-13g/mL增加到10-7g/mL時，布拉格衍射峰從551 nm偏移到589 nm，而噻蟲嗪和啶蟲脒沒有明顯的峰值偏移。該傳感器由無標簽技術和昂貴儀器組成，具有檢測痕量吡蟲啉的潛力。

Li等[42]基于膠體晶體模板和分子印跡技術，已經開發(fā)了在水溶液中有效檢測阿特拉津的傳感器平臺。傳感器的特征在于三維有序的互連大孔結構，其中源自阿特拉津印跡的許多納米腔分布在形成的反聚合蛋白石的薄壁中。由于特殊的分層多孔結構，分子印跡的聚合蛋白石（或分子印跡光子聚合物；Molecularlyimprinted photonic polymer，MIPP）允許目標分析物的快速和超靈敏檢測?；ミB的大孔有利于阿特拉津在聚合物膜中的快速傳輸，而分散在薄聚合物壁中的納米孔穴的固有的高親和力使得MIPP以高特異性識別阿特拉津。更重要的是，通過MIPP的有序大孔陣列的布拉格衍射峰位置的變化，可以將分子印跡對阿特拉津的識別轉移（無標記）到可讀光信號中，從而引起肉眼可見的顏色變化。使用這種新穎的感官系統(tǒng)，在水性介質中，直接，超敏感（低至10-8ng/mL），快速（少于30 s）和選擇性檢測濃度范圍為10-16μmol/L至10-6μmol/L的阿特拉津在不使用標簽技術和昂貴的儀器的情況下實現(xiàn)。

2.3 光子晶體技術在食品中抗生素殘留檢測中的應用現(xiàn)狀

抗生素是用于治療各種非病毒感染的藥物，由于其價格便宜并且藥效好，所以被廣泛使用，甚至出現(xiàn)反復超量使用的情況[43-44]。雖然抗生素在醫(yī)學及養(yǎng)殖業(yè)等中的益處很明顯，但有些抗生素例如環(huán)丙沙星（Ciprofloxacin，CIP）已被證明是干擾生物系統(tǒng)，即使在低濃度下也會對細胞，器官，生物和群體表現(xiàn)出毒性作用[45]。抗生素殘留可能通過誘導細菌耐藥性的增殖而對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康構成嚴重威脅[46]。因此，在各種樣品中仔細監(jiān)測抗生素，開發(fā)簡單快速且靈敏有效的方法至關重要。

Song等[47]將分子印跡光子晶體（Molecularly Imprinted Photonic Crystal，MIP-PC）比色傳感器與濃縮過程結合起來，首次制造了具有親水疏水圖案的高靈敏度比色傳感器，以提高四環(huán)素（Tetracycline，TC）檢測的靈敏度，這在食品檢測中具有實際應用。這種MIP-PC比色傳感器可以實現(xiàn)從青色到紅色（大于200nm）的比色過渡，這是肉眼可以清楚地識別出來的。此外，通過將檢測區(qū)域（MIP-PC點）的直徑從1.35mm改變?yōu)?.79 mm，該傳感器的檢測范圍可以從10×10-9mol/L～60×10-9mol/L 到 10×10-9mol/L～150×10-9mol/L。通過將10μL液滴富集到直徑為1.35mm的MIP-PC點，檢測限低到2×10-9mol/L。該結果比傳統(tǒng)的MIP-PC膜低一個數(shù)量級。此外，系統(tǒng)地研究了檢測區(qū)域與檢測范圍之間的關系，并將其作為扇形標準色卡。該結論對于在實際應用中設計具有合適尺寸的檢測區(qū)域和檢測范圍的傳感器是非常重要的。

Yu等[48]通過將三元復合物整合到響應光子晶體（Responsive photonic crystal，RPC）中，開發(fā)了環(huán)丙沙星特異性和超靈敏測量的新方法，可用于食品中環(huán)丙沙星殘留的檢測。首先將色氨酸固定在RPC的聚丙烯酰胺水凝膠底物內。環(huán)丙沙星的測定是通過存在鋅（II）離子，其作為“橋”，逐步形成特定的色氨酸-鋅（II）-環(huán)丙沙星復合物，導致衍射波長的逐步紅移。當RPC膜浸漬在10-4mol/L環(huán)丙沙星中時，觀察到環(huán)丙沙星從798 nm至870 nm的最大波長偏移。目前工作中最低可檢測濃度約為5×10-11mol/L，線性范圍為10-10mol/L到10-4mol/L。結果表明，設計的三元基于復合物的RPC傳感器表現(xiàn)出高靈敏度，令人滿意的特異性，并通過檢測多種食品中環(huán)丙沙星進行了驗證。

Huang等[49]采用自交聯(lián)壓印蛋白石（Close-packed opal，CPO）作為識別元件，開發(fā)了一種新型的光電傳感器，用于檢測氯霉素（Chloramphenicol，CAP）。自交聯(lián)壓印CPO膜由具有自組裝和自交聯(lián)性能的單分散的N-羥甲基丙烯酰胺顆粒（Molecular imprinted-N-hydroxymethylacrylamide particles，MI-HAM 顆粒）組成。這些顆粒自組裝形成高度有序的CPO結構，并且同時相鄰顆粒反應形成共價鍵以在空氣/分散體下形成穩(wěn)定CPO結構。因此，所獲得的自交聯(lián)壓印CPO的特征在于高度穩(wěn)定的三維（3D）CPO結構而且沒有本體水凝膠基質的干擾，其中許多CAP識別位點通過分子印跡方法分散。識別位點固有的高親和力允許自交聯(lián)印記CPO以高特異性識別CAP，并且周期性結構的變化使得自交聯(lián)印跡CPO將識別原件轉移到可讀光信號中。發(fā)現(xiàn)衍射強度降低和CAP濃度之間的線性關系在2 ng/mL至512 ng/mL的范圍內，而CAP類似物沒有明顯的光學變化，因此表明傳感器對CAP分子具有選擇性和敏感反應。此外，該傳感器被成功應用于檢測飲用水樣品中的CAP。因此，開發(fā)的傳感器由于其便利性，低成本，可重復使用性，高靈敏度以及選擇性可在食品中氯霉素殘留的常規(guī)監(jiān)測中具有廣泛的應用前景。

2.4 光子晶體技術在食品中重金屬殘留檢測中的應用現(xiàn)狀

積累在自然資源中的重金屬通過生物轉化為有毒化學物質，如活生物體中的甲基汞，特別是海洋生物，對生物和環(huán)境造成不利影響，以不同形式進入食物鏈后嚴重影響人類健康[50-52]。部分重金屬是生物有毒物質，不可生物降解，在環(huán)境中容易積聚，甚至在非常低的濃度下也會產生毒性作用。例如汞離子（Hg2+）以含水介質中甲基汞的形式進入食物鏈。甲基汞引起許多疾病，包括人體的感覺和神經損傷。人的心臟，腎臟，胃和腸也可能被汞離子嚴重損壞。重金屬殘留問題形勢嚴峻，并在上個世紀引起了極大的關注[53-58]。因此，建立一種快速靈敏，簡單有效的重金屬檢測方法至關重要。

Jana等[59]開發(fā)了一種用于感測水中高毒性汞離子（Hg2+）的新型水凝膠光子晶體。這種新的傳感材料通過衍射來自聚合晶體膠體陣列（Polymerized crystalline colloidalarray，PCCA）的可見光來監(jiān)測水中的Hg2+濃度。PCCA由高度單分散帶電的聚苯乙烯顆粒的光衍射晶體膠體陣列（Crystalline colloidal array，CCA）組成，它們在聚丙烯酰胺水凝膠內聚合。水凝膠環(huán)境的變化觸發(fā)了水凝膠的體積變化，改變了CCA的晶格間距，從而使光的衍射波長發(fā)生變化。偶聯(lián)在PCCA表面的尿素酶（Urease on polymerized crystalline colloidal array，UPCCA）水解尿素并產生HCO3-，其和水凝膠內的NH4+離子產生離子響應。這些離子通過降低羧酸鹽和聚丙烯酰胺骨架之間的靜電排斥松弛而引起聚丙烯酰胺羧酸鹽的電荷篩選，導致水凝膠的收縮。因此，UPCCA呈現(xiàn)衍射波長的藍移。當UPCCA與尿素一起暴露于Hg2+并因此抑制離子的產生時，Hg2+作為尿素酶水解尿素的主要抑制劑，擾亂UPCCA水解尿素，這干擾了水凝膠的收縮。因此，與僅尿素相比，在Hg2+存在下，PCCA凈藍移減少。這種水凝膠體積變化的程度是Hg2+濃度的函數(shù)。這種UPCCA光子晶體傳感器在水中能夠檢測到超低（1μg/L）濃度的Hg2+，表現(xiàn)出可逆性，并顯示出對Hg2+的非常高的選擇性。

Asher等[60]將能夠與Pb2+結合的材料和刺激性水凝膠體結合建模，并用作光子晶體化學傳感材料。該材料由含有冠醚分子識別基團的聚合晶體膠體陣列（Polymerized colloidalarray，PCCA）水凝膠組成。PCCA是聚丙烯酰胺水凝膠，其嵌入約100 nm的單分散聚苯乙烯顆粒的光衍射晶體膠體陣列，陣列間距設置為在可見光譜區(qū)域衍射光范圍內。由Pb2+結合引起的水凝膠體積的變化改變陣列間距并移動衍射波長。該系統(tǒng)由于冠醚螯合基團固定Pb2+，Pb2+的結合固定其抗衡離子，導致Donnan電位產生滲透壓使水凝膠膨脹。Asher等繼續(xù)開發(fā)基于Flory凝膠膨脹理論的水凝膠膨脹預測模型。該檢測系統(tǒng)能夠有效的檢測Pb2+在不同食物中的殘留。

Ward等[61]開發(fā)了一種聚合的結晶膠體陣列光子材料（Polymerized crystalline colloidalarray photonicmaterial that sensesmetal cations in water at low concentrations，PCCACS），其以低濃度感測水中的金屬陽離子。金屬陽離子如 Cu2+，Co2+，Ni2+和 Zn2+與共價連接到 PCCACS上的8-羥基喹啉結合。在低金屬濃度（＜μmol/L）下，陽離子形成與兩個8-羥基喹啉的雙重配位絡合物，其與水凝膠交聯(lián)并使其收縮，光子晶體衍射峰藍移。在較高的陽離子濃度下，由于形成單配陽離子絡合物，這些雙重配體交聯(lián)斷裂從而導致衍射峰紅移。Ward等已經擴展了水凝膠體積相變理論，以便對金屬濃度的衍射依賴性進行定量建模。這些材料可用作劑量計，以感測極低的金屬陽離子濃度，或作為濃度大于1μmol/L的傳感器材料?？梢詮难苌涔獾念伾_定金屬陽離子濃度，或者可以使用分光光度計通過反射率測定來確定。該感測材料可以在現(xiàn)場使用，將衍射色與金屬陽離子濃度關系繪制色彩圖，以在視覺上確定飲用水中的金屬陽離子濃度。

2.5 光子晶體技術在食品中其他有害物檢測中的應用現(xiàn)狀

食品中除了真菌毒素、農藥殘留、抗生素殘留及重金屬殘留等問題嚴重影響人類健康之外，還存在許多其他的有毒有害物質對人類健康造成威脅。光子晶體技術在食品中其他有毒有害物質檢測具有廣泛的應用前景。

Guo[62]提出了一種無需標記檢測雙酚A（Bisphenol A，BPA）的新型蛋白石光子晶體傳感器（Opalphotonic crystalsensor，OPCS）。提出了基于組合光子晶體技術和分子印跡技術開發(fā)光子晶體傳感器的概念。首先制備直徑為（220±5）nm的BPA印跡單分散聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，PMMA）球，以BPA 為模板印跡，洗脫后，在PMMA球體中分布了許多源自BPA印跡的納米空間。將液體單分散微球制成聚合晶體膠體陣列（PCCA）蛋白石光子晶體傳感器。分布在球體中的納米空間的固有高親和力使得OPCS可以具體識別BPA。傳感器的特點是具有三維有序的互連晶格結構。在單個微球之間，存在良好排列的孔，允許目標分子嵌入和運輸。結果，傳感器可以觀察到與BPA濃度有關的衍射峰強度的變化。OPCS的檢測范圍為1ng/mL～1μg/mL水平。新的傳感系統(tǒng)對目標分子的天然形態(tài)具有很高的選擇性，易于使用，成本低廉。總之，所提出的方法提供了一個通用的分析系統(tǒng)，用于建立一種檢測食品中BPA殘留的新型傳感器。

Kennedy等[63]在芯片中制造了納米級的孔穴來構建光子晶體，該光子晶體用于增強常見的食源性毒素葡萄球菌腸毒素B（StaphylococcusEnterotoxin B，SEB）的免疫測定。陣列中的光子晶體（Photonic crystal，PC）的納米結構由于引導模式共振而增強了熒光信號。使用納米顆粒作為固體底物捕獲抗體，然后通過使用電泳顆粒捕獲系統(tǒng)（Electrophoretic particle entrapment system，EPES）將顆粒分離在芯片的各個孔中。從芯片產生的標準曲線由兩個對數(shù)線性區(qū)域組成：具有較高靈敏度的第一區(qū)域受抗體的Kd限制，類似于96孔板ELISA，另一個區(qū)域顯示大于6個數(shù)量級的線性范圍，這是這種器件所獨有的。溶解在磷酸鹽緩沖鹽水中的SEB被稀釋到低至35μmol/L的水平，與傳統(tǒng)的96孔板ELISA相比，檢測限超過106倍。測試了不同濃度的SEB摻入牛奶中以評估該裝置的可靠性以及擴展對數(shù)線性方案在“真實”食品矩陣中的功效。牛奶的存在沒有顯著改變檢測限。以非常少量的樣品（小于10μL）和快速讀出時間，基于PC的系統(tǒng)對于具有接近單分子靈敏度水平的各種靶分子的檢測顯示出巨大的前景。

Chakravarty等[64]用芯片上的近紅外吸收光譜，通過復用光子晶體波導（Photonic crystal waveguides，PCWs）實驗證明同時選擇性地檢測二甲苯和三氯乙烯（Trichloroethylene，TCE）?；诠庾泳w結構的慢光子效應，該器件的靈敏度在二甲苯中提高到1μg/L，在水中增加10μg/L。多模干擾功率分配器和Y組合器的結合使PCWs在絕緣體硅平臺上的硅芯片上實現(xiàn)了多路復用。同時使選擇性的檢測食品中二甲苯和三氯乙烯成為可能。

3 前景與展望

光子晶體技術雖然能夠簡單快速、靈敏高效、實時快速可視化的檢測食品中有害物質，但其在食品安全檢測應用中仍存在一定的問題。例如部分光子晶體傳感材料選擇性無法保證，樣品檢測時容易受樣品基質中溶液極性及pH值影響；光子晶體傳感材料的識別原件大多以抗體、酶及適配體為主，而這些識別原件對于保存條件較為苛刻，不穩(wěn)定，使用壽命較短；光子晶體傳感技術的制備材料受限，這也限制了光子晶體技術的發(fā)展。針對上述問題，光子晶體技術在食品有害物檢測中應用應主要向以下幾個方面發(fā)展：

1）將相應的樣品前處理技術與光子晶體技術結合，提高光子晶體的選擇性，從而更精確的檢測食品中有害物質。

2）選擇易于保存、性質穩(wěn)定且使用壽命長的識別原件，例如化學鍵、分子印跡等，使光子晶體技術能夠長期有效的檢測食品中有害物質。

3）不斷嘗試新的光子晶體制備材料，或者將幾種現(xiàn)有材料組合開發(fā)出新的材料，從而拓寬了光子晶體在食品有害物質檢測中的應用，使其具有更廣闊的應用前景。

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