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(gòu)成嚴重威脅。近期，上海海洋大學(xué)的研究團隊開發(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(jié)合細菌印跡聚合物（BIP）與伴刀豆球蛋白A（ConA），實現(xiàn)了對低濃度目標菌的高效捕獲與信號放大。實驗表明，其檢測限低至10 CFU/mL，線性范圍為101–105 CFU/mL，在復(fù)雜牛奶樣品中回收率達94.16%–110.6%，且能有效區(qū)分高濃度干擾菌株。
方法：雙重識別機制與納米探針設(shè)計
傳感器的核心創(chuàng)新在于“雙識別”策略：
1. 捕獲層（BIP）：通過電聚合技術(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，實現(xiàn)特異性捕獲。
2. 信號探針（Au@Fc-ConA）：金納米顆粒（Au NPs）表面同時修飾ConA和電活性分子6-（二茂鐵基）己硫醇（Fc）。ConA可特異性結(jié)合細菌表面的甘露糖/葡萄糖殘基，而Fc在氧化時產(chǎn)生電流信號。檢測時，目標菌被BIP捕獲后，信號探針通過ConA與細菌結(jié)合，觸發(fā)Fc的氧化反應(yīng)，電流強度與菌濃度成正比。該設(shè)計通過雙重識別（BIP的空間匹配與ConA的糖結(jié)合特性）大幅提升選擇性，并通過納米材料放大信號。
圖1用于檢測大腸桿菌O157:H7的電化學(xué)傳感器的制備過程及工作原理示意圖
圖2. (A) Au@Fc-ConA的合成過程；(B) AuNPs、Fc、ConA及Au@Fc-ConA的紫外-可見光譜；(C) Au@Fc-ConA的EDS元素分布圖。
結(jié)果：高靈敏、高選擇性與實際應(yīng)用驗證
1.靈敏度與線性范圍：傳感器對純培養(yǎng)菌液的檢測限低至10 CFU/mL，線性范圍跨越4個數(shù)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；(B) 響應(yīng)電流變化值(ΔI)與大腸桿菌O157:H7對數(shù)濃度的校準曲線
2.選擇性：在10倍濃度的金黃色葡萄球菌、沙門氏菌等干擾菌存在下，傳感器對目標菌的響應(yīng)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(qū)分（p<0.001）。
3.實際樣品檢測：在牛奶樣品中，僅需10倍稀釋預(yù)處理即可檢測10 CFU/mL的目標菌，回收率穩(wěn)定（94.16%–110.6%），證實其在復(fù)雜基質(zhì)中的適用性。
4.穩(wěn)定性與重現(xiàn)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%，滿足實際檢測需求。
結(jié)論：突破傳統(tǒng)方法的局限性
研究團隊通過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題，為食源性致病菌的即時檢測提供了高效解決方案。與傳統(tǒng)的PCR、ELISA等技術(shù)相比，該傳感器具有顯著優(yōu)勢：
快速：全程檢測時間縮短至數(shù)十分鐘，無需復(fù)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(xiàn)場應(yīng)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(shè)計限制了在多重污染場景中的應(yīng)用。未來研究方向包括：
1.多重檢測：開發(fā)多種BIP與特異性信號探針組合，實現(xiàn)同步檢測多種致病菌（如沙門氏菌、李斯特菌）。
2.智能化集成：結(jié)合微流控芯片與無線傳輸技術(shù)，構(gòu)建便攜式一體化檢測設(shè)備。
3.實時監(jiān)測：探索傳感器在食品加工鏈中的在線監(jiān)測潛力，提升食品安全預(yù)警能力。
該技術(shù)的推廣有望顯著降低食源性疾病風險，為全球食品安全監(jiān)管注入新動力。
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.
來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~余樹波。
