各种产毒霉菌(真菌)对食品和农产品的污染是一个严重的全球性问题。真菌毒素，特别是由几种真菌产生的真菌毒素，自然存在于坚果、谷物、玉米、大米、大豆等食物中。在不同种类的真菌毒素中，黄曲霉毒素(aflatoxin, AF)是由真菌的产毒菌株产生的黄曲霉和曲霉属真菌寄生都是公认的毒性/致癌性最强的化合物。特别是牛奶中发现的黄曲霉毒素M1 (AFM1)是对人体健康最常见和最危险的毒素之一。根据欧盟规定，牛奶中AFM1的可接受最高水平分别为成人和婴儿的152 pM和76 pM。因此，快速有效地检测AFM1的方法确实至关重要。此外，大规模检测具有不可忽视的经济影响，因此这种方法也应该便宜，并且可以在污染水平高的贫穷发展中国家使用。

图1所示。具有发光amzi的Si3N4光子芯片。

为了寻找一种经济、可靠和便携的设备，在不到1小时的时间内检测牛奶中的AFM1，并达到与现有商业系统相当的检测限制，欧洲项目SYMPHONY (www.symphony-project.eu/资助号610580)开发了一种生物传感系统，该系统基于集成光子传感器，与复杂的微流控级接口，用于纯化和浓缩牛奶样品。该光子传感器具有高灵敏度和集成在小芯片上的特点，满足了这一要求。该传感器是一个折光计(即它测量折射率的变化)，并基于八个非对称马赫-曾德干涉仪(aMZI)阵列，允许多分析物传感。它是由单条Si3N4三工技术制造的。在三个aMZI上打开传感窗口，以感知传感器上的环境变化(图1)。在图中，最后一个aMZI被SiO覆盖₂对激光(VCSEL)和温度波动起内部参考作用。我们通过同时表征三个未覆盖的amzi的体积灵敏度(S)来测试我们的光子传感器的性能。为了计算这个参数，我们实时监测了不同浓度的盐水溶液流过传感器时amzi的相移。对于60多种不同的传感器，灵敏度的平均值S≈(1250±150)nm/RIU，而检测限LOD≈(1.2±0.3)×10⁶计算RIU。这些值与最先进的生物传感装置的状态一致。

AFM1传感是通过测量输出信号的相移来实现的，这是由AFM1在功能化的aMZI表面上的结合引起的，这会产生材料密度，从而导致传感器表面附近的折射率变化。为了对AFM1进行特异性检测，将基于抗原结合片段(Fab ')的功能化过程应用于aMZI传感臂的表面(图2)。相对于整个抗体，使用Fab '的主要优点是有可能获得更高的定向良好的Fab '片段的表面密度，从而产生更高的生物传感器灵敏度以及更低的检测限(LOD)_AFM1)。

图2所示。表面功能化原理示意图。请注意，分子大小没有按比例计算，也不对应于实际比例。

在短短几分钟内，我们的aMZI传感器在纯化和浓缩牛奶样品中检测到的AFM1的最低浓度为48 pM，这些样品采用SYMPHONY开发的专有技术制备，主要是我们平台的高特异性。这些结果表明，集成和便携式光子生物传感器是食品安全分析中芯片实验室设备的可行解决方案。荷兰公司Surfix (Surfix .nl)正在将整个传感器平台商业化。

Tatevik Chalyan^{1, *}，克里斯蒂娜Potrich^2、3，Erik Schreuder⁴，Floris Falke⁴，劳拉Pasquardini^{2、* *}，塞西莉亚派德左利的男子²，Rene Heideman⁴，洛伦佐Pavesi^1
1意大利特伦托大学物理系纳米科学实验室
²实验室sah，布鲁诺凯斯勒基金会，特伦托，意大利
^3.中央广播电台-意大利特伦托生物研究所国家科学委员会
⁴LioniX International BV，恩斯赫德，荷兰
*目前地址:比利时布鲁塞尔自由大学B-PHOT Brussels Photonics
**目前地址:Indivenire s.r.l, via alla Cascata 56/C, I-38123 Trento, Italy

出版

Fab功能化Si3N4不对称Mach-Zehnder干涉生物传感器检测牛奶中的AFM1
Tatevik Chalyan, Cristina Potrich, Erik Schreuder, Floris Falke, Laura Pasquardini, Cecilia Pederzolli, Rene Heideman, Lorenzo Pavesi
毒素(巴塞尔)。2019年7月14日

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