DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-025-00444-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40410172
تاريخ النشر: 2025-05-23
المؤلف: Jingwen Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات الاستشعار الحيوي والتحليل الحيوي المتقدمة
نظرة عامة
يوفر هذا القسم نظرة عامة على الحاجة الملحة للكشف السريع والحساس عن الفطريات السامة في الغذاء، مع التأكيد على إمكانيات تقنيات الاستشعار الحيوي والأجهزة الدقيقة للتطبيقات في الموقع. تسلط المراجعة الضوء على التقدمات الأخيرة في تطوير أجهزة الاستشعار الحيوي الدقيقة، موضحةً بنائها، وتكاملها مع مواد مختلفة (مثل الزجاج، السيليكون، PDMS، PMMA، والورق)، وأدوارها في إعداد العينات، والفصل، وتحليل الفطريات السامة.
علاوة على ذلك، يناقش القسم عناصر التعرف المختلفة، بما في ذلك الأجسام المضادة، والأبتاميرات، والبوليمرات المطبوعة جزيئيًا (MIPs)، ويقارن بين أوضاع الاستشعار المختلفة—مثل الطرق اللونية، والفلورية، وتشتت رامان المعزز على السطح (SERS)، والطرق الكهروكيميائية، والضوئية الكهروكيميائية—المستخدمة في الكشف عن الفطريات السامة. تؤكد الخاتمة على مزايا أجهزة الاستشعار الحيوي الدقيقة في توفير حلول سريعة ودقيقة وقابلة للنقل، بينما تتناول أيضًا التحديات والفرص المستقبلية في هذا المجال المتطور.
نقاش
يسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على أهمية وتقدم الأجهزة الدقيقة في الكشف عن الفطريات السامة. تُشاد المنصات الدقيقة لاستهلاكها المنخفض من الكواشف والعينات، وفعاليتها من حيث التكلفة، وسرعة الإنتاج، وقابليتها للنقل، مما يجعلها مثالية للكشف في الموقع. يوضح القسم إعداد وتوصيف مختلف الأجهزة الدقيقة، بما في ذلك الأنظمة القائمة على السيليكون، والزجاج، والبوليمر، والورق. بينما تقدم شرائح السيليكون والزجاج توافقًا كيميائيًا ممتازًا وشفافية بصرية، فإن تكاليفها العالية وهشاشتها تحد من تطبيقاتها. بالمقابل، توفر الأجهزة القائمة على البوليمر، وخاصة تلك المصنوعة من بولي ديميثيل سيليوكسان (PDMS) وبولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA)، مزايا مثل انخفاض التكاليف وسهولة التصنيع، على الرغم من أنها تقدم أيضًا تحديات مثل امتصاص البروتين غير المحدد وعمليات التصنيع المعقدة. تُبرز الأجهزة التحليلية الدقيقة القائمة على الورق (μPADs) لبساطتها، وانخفاض تكلفتها، وقدرتها على تسهيل الحركة الشعرية، مما يعزز قابليتها للاستخدام في تطبيقات متنوعة.
تتمثل أدوار الأجهزة الدقيقة في تحليل الفطريات السامة في جانبين: تمكين فصل العينات وإعدادها، والتكامل مع أنظمة الكشف. يبسط دمج فصل العينات في الأنظمة الدقيقة عملية الكشف، مما يعزز الكفاءة والدقة. يمكن تبسيط طرق الاستخراج المختلفة، مثل الاستخراج السائل-السائل والاستخراج الصلب، داخل هذه الأجهزة. علاوة على ذلك، يؤكد النقاش على دمج الأجهزة الدقيقة مع تقنيات الكشف المختلفة، بما في ذلك الطرق البصرية (اللونية، والفلورية، وSERS) والاختبارات الكهروكيميائية، التي تحسن مجتمعة الحساسية وقابلية النقل للكشف عن الفطريات السامة في الوقت الحقيقي. كما تم الإشارة إلى الإمكانية للتحليل المتعدد داخل الأجهزة الدقيقة، مما يسمح بالكشف المتزامن عن عدة مواد، وبالتالي تقليل حجم العينة ووقت الكشف مع الحفاظ على حساسية عالية. بشكل عام، يبرز القسم التقدمات المستمرة في تكنولوجيا الأجهزة الدقيقة ودورها الحاسم في تعزيز منهجيات الكشف عن الفطريات السامة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-025-00444-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40410172
Publication Date: 2025-05-23
Author(s): Jingwen Zhang et al.
Primary Topic: Advanced biosensing and bioanalysis techniques
Overview
The section provides an overview of the critical need for rapid and sensitive detection of mycotoxins in food, emphasizing the potential of biosensing technologies and microfluidic devices for on-site applications. The review highlights recent advancements in the development of microfluidic biosensors, detailing their construction, integration with various materials (such as glass, silicon, PDMS, PMMA, and paper), and their roles in sample preparation, separation, and analysis of mycotoxins.
Furthermore, it discusses various recognition elements, including antibodies, aptamers, and molecularly imprinted polymers (MIPs), and compares different sensing modes—such as colorimetric, fluorescence, surface-enhanced Raman scattering (SERS), electrochemical, and photoelectrochemical methods—used for mycotoxin detection. The conclusion underscores the advantages of microfluidic biosensors in providing rapid, accurate, and portable solutions while also addressing future challenges and opportunities in this evolving field.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significance and advancements of microfluidic devices in the detection of mycotoxins. Microfluidic platforms are praised for their low reagent and sample consumption, cost-effectiveness, high throughput, and portability, making them ideal for on-site detection. The section elaborates on the preparation and characterization of various microfluidic devices, including silicon, glass, polymer, and paper-based systems. While silicon and glass chips offer excellent chemical compatibility and optical transparency, their high costs and fragility limit their applications. In contrast, polymer-based devices, particularly those made from polydimethylsiloxane (PDMS) and polymethylmethacrylate (PMMA), provide advantages such as lower costs and easier fabrication, although they also present challenges like non-specific protein adsorption and complex manufacturing processes. Paper-based microfluidic analytical devices (μPADs) are highlighted for their simplicity, low cost, and ability to facilitate capillary action, which enhances their usability in various applications.
The roles of microfluidic devices in mycotoxin analysis are twofold: they enable sample separation and preparation, and they integrate with detection systems. The integration of sample separation into microfluidic systems simplifies the detection process, enhancing efficiency and accuracy. Various extraction methods, such as liquid-liquid and solid-phase extraction, can be streamlined within these devices. Furthermore, the discussion emphasizes the integration of microfluidics with various detection techniques, including optical methods (colorimetric, fluorescent, and SERS) and electrochemical assays, which collectively improve sensitivity and portability for real-time mycotoxin detection. The potential for multiplex analysis within microfluidic devices is also noted, allowing for simultaneous detection of multiple analytes, thereby reducing sample size and detection time while maintaining high sensitivity. Overall, the section underscores the ongoing advancements in microfluidic technology and its critical role in enhancing mycotoxin detection methodologies.