食品安全是全球關(guān)注的重大議題，致病菌污染對公眾健康構成嚴重威脅。近期，上海海洋大學(xué)的研究團隊開(kāi)發(fā)了一種基于雙重識別策略的電化學(xué)傳感器，用于快速、靈敏、選擇性地檢測食品中的致病性大腸桿菌O157:H7。該傳感器結合細菌印跡聚合物（BIP）與伴刀豆球蛋白A（ConA），實(shí)現了對低濃度目標菌的高效捕獲與信號放大。實(shí)驗表明，其檢測限低至10 CFU/mL，線(xiàn)性范圍為101–105 CFU/mL，在復雜牛奶樣品中回收率達94.16%–110.6%，且能有效區分高濃度干擾菌株。
方法：雙重識別機制與納米探針設計
傳感器的核心創(chuàng )新在于“雙識別”策略：
1. 捕獲層（BIP）：通過(guò)電聚合技術(shù)，在電極表面原位合成細菌印跡聚合物。以大腸桿菌O157:H7為模板，形成與其形狀、尺寸及表面化學(xué)特性互補的識別位點(diǎn)，實(shí)現特異性捕獲。
2. 信號探針（Au@Fc-ConA）：金納米顆粒（Au NPs）表面同時(shí)修飾ConA和電活性分子6-（二茂鐵基）己硫醇（Fc）。ConA可特異性結合細菌表面的甘露糖/葡萄糖殘基，而Fc在氧化時(shí)產(chǎn)生電流信號。檢測時(shí)，目標菌被BIP捕獲后，信號探針通過(guò)ConA與細菌結合，觸發(fā)Fc的氧化反應，電流強度與菌濃度成正比。該設計通過(guò)雙重識別（BIP的空間匹配與ConA的糖結合特性）大幅提升選擇性，并通過(guò)納米材料放大信號。
圖1用于檢測大腸桿菌O157:H7的電化學(xué)傳感器的制備過(guò)程及工作原理示意圖
圖2. (A) Au@Fc-ConA的合成過(guò)程；(B) AuNPs、Fc、ConA及Au@Fc-ConA的紫外-可見(jiàn)光譜；(C) Au@Fc-ConA的EDS元素分布圖。
結果：高靈敏、高選擇性與實(shí)際應用驗證
1.靈敏度與線(xiàn)性范圍：傳感器對純培養菌液的檢測限低至10 CFU/mL，線(xiàn)性范圍跨越4個(gè)數量級（10–105 CFU/mL），回歸方程ΔI = -0.02218 lgc + 0.00435（R2=0.998）。
圖3 (A) 不同濃度大腸桿菌O157:H7（0–105 CFU mL?1）在PBS中的差分脈沖伏安曲線(xiàn)；(B) 響應電流變化值(ΔI)與大腸桿菌O157:H7對數濃度的校準曲線(xiàn)
2.選擇性：在10倍濃度的金黃色葡萄球菌、沙門(mén)氏菌等干擾菌存在下，傳感器對目標菌的響應電流仍高出2.4–3倍；即使干擾菌E. coli O6濃度高100倍，信號仍可區分（p<0.001）。
3.實(shí)際樣品檢測：在牛奶樣品中，僅需10倍稀釋預處理即可檢測10 CFU/mL的目標菌，回收率穩定（94.16%–110.6%），證實(shí)其在復雜基質(zhì)中的適用性。
4.穩定性與重現性：10次平行測試的相對標準偏差（RSD）僅為2%，儲存15天后信號保留75%，滿(mǎn)足實(shí)際檢測需求。
結論：突破傳統方法的局限性
研究團隊通過(guò)BIP與ConA協(xié)同作用，解決了單一識別元件靈敏度不足或選擇性受限的問(wèn)題，為食源性致病菌的即時(shí)檢測提供了高效解決方案。與傳統的PCR、ELISA等技術(shù)相比，該傳感器具有顯著(zhù)優(yōu)勢：
快速：全程檢測時(shí)間縮短至數十分鐘，無(wú)需復雜前處理。
低成本：采用合成聚合物替代抗體，降低制備成本。
便攜性：電化學(xué)檢測裝置易于微型化，適合現場(chǎng)應用。
展望：邁向多重檢測與智能化
盡管當前傳感器性能優(yōu)異，但其僅針對單一病原體的設計限制了在多重污染場(chǎng)景中的應用。未來(lái)研究方向包括：
1.多重檢測：開(kāi)發(fā)多種BIP與特異性信號探針組合，實(shí)現同步檢測多種致病菌（如沙門(mén)氏菌、李斯特菌）。
2.智能化集成：結合微流控芯片與無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，構建便攜式一體化檢測設備。
3.實(shí)時(shí)監測：探索傳感器在食品加工鏈中的在線(xiàn)監測潛力，提升食品安全預警能力。
該技術(shù)的推廣有望顯著(zhù)降低食源性疾病風(fēng)險，為全球食品安全監管注入新動(dòng)力。
參考文獻：Niu X, Ma Y, Li H, Sun S, Shi L, Yan J, Luan D, Zhao Y, Bian X. A Dual-Recognition Electrochemical Sensor Using Bacteria-Imprinted Polymer and Concanavalin A for Sensitive and Selective Detection of Escherichia coli O157:H7. Foods. 2025 Mar 21;14(7):1099. doi: 10.3390/foods14071099. PMID: 40238203; PMCID: PMC11989128.
來(lái)源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~余樹(shù)波。
