技术背景

食源性致病菌感染是全球公共卫生领域的重大挑战。传统检测方法如平板培养和PCR技术耗时长、操作复杂，难以满足现场快速检测需求。虽然比色传感器具有便捷、快速和可视化优势，但其特异性与灵敏度往往不足。近日，广东药科大学与深圳市疾控中心联合团队在《Analytica Chimica Acta》发表研究成果，成功开发出一种新型比色生物传感器平台MDC@N-MMCNs，实现了对食源性致病菌的选择性检测与同步消除。

技术原理与创新亮点

该传感器的核心创新在于将家蝇抗菌肽（MDC）与氮掺杂磁性介孔碳纳米球（N-MMCNs）巧妙结合。MDC作为识别元件，能特异性结合致病菌表面靶点；而N-MMCNs不仅提供磁性分离功能，还具备类过氧化物酶催化活性。

图1 (A) 介孔碳球 @氮掺杂介孔二氧化硅复合纳米球（MDC@N-MMCNs）的制备流程图；(B) 介孔碳球 @氮掺杂介孔二氧化硅复合纳米球（MDC@N-MMCNs）纳米酶检测细菌的示意图。

研究团队通过XPS、VSM、DSC等表征手段验证了材料的成功合成。XPS分析显示材料含C、O、Fe、N四种元素，其中Fe含量达7.36 wt%，确保了良好的磁性分离能力。磁性测试表明材料饱和磁化强度为8.51 emu/g，具有超顺磁性特征，可通过外磁场快速分离。

性能优势显著

广谱识别能力：MDC对沙门氏菌和大肠杆菌的MIC值低至4.0μg/mL，对金黄色葡萄球菌为64.0μg/mL，而对三种益生菌（乳酸杆菌等）无杀菌作用（MIC>1024.0μg/mL），展现出优异的选择性。

高灵敏度检测：传感器对四种食源性致病菌的视觉检测限低至10 CFU/mL，在10^1-10^8 CFU/mL浓度范围内呈现良好线性关系。催化活性测试显示，MDC@N-MMCNs的类酶活性显著高于纯N-MMCNs，催化反应后溶液呈现深蓝色变化。

图2 (A) 氮掺杂磁性介孔碳纳米球（N-MMCNs）与家蝇天蚕素 @氮掺杂磁性介孔碳纳米球（MDC@N-MMCNs）的过氧化物酶活性对比；(B) 氮掺杂磁性介孔碳纳米球（N-MMCNs）与家蝇天蚕素 @氮掺杂磁性介孔碳纳米球（MDC@N-MMCNs）过氧化物酶活性的全波长对比；(a) 氮掺杂磁性介孔碳纳米球（N-MMCNs）；(b) 家蝇天蚕素 @氮掺杂磁性介孔碳纳米球（MDC@N-MMCNs）；(C) 家蝇天蚕素 @氮掺杂磁性介孔碳纳米球（MDC@N-MMCNs）纳米酶的催化活性随时间变化曲线；(D) 家蝇天蚕素 @氮掺杂磁性介孔碳纳米球（MDC@N-MMCNs）纳米酶 60 天催化活性变化示意图；(E) 家蝇天蚕素 @氮掺杂磁性介孔碳纳米球（MDC@N-MMCNs）介导的细菌聚集现象。

高效捕获与清除：实验证明MDC@N-MMCNs对10^1-10^4 CFU/mL沙门氏菌的捕获效率达93.73%，显著高于未修饰N-MMCNs的18.49%。活/死菌染色实验显示，材料能有效富集并裂解细菌，在10^3 CFU/mL浓度下仍可检测到荧光信号。

实际应用突破

团队进一步开发了纸基传感器与智能手机联用平台。通过将转膜滤纸浸泡TMB溶液作为显色基底，结合自制的手机读卡装置，实现了细菌浓度的便携式定量检测。

图3 （A）不同纸基材料的显色情况；（a）普通滤纸；（b）转移膜滤纸。（B）家蝇天蚕素 @氮掺杂磁性介孔碳纳米球（MDC@N-MMCNs）纸基传感器检测（注：结合上下文推测完整表述为 “检测结果” 或 “检测示意图”，需参考原文图表内容补充）。（C）基于智能手机的便携式读数设备实物图。（D）基于智能手机的便携式读数设备中噬菌体浓度（检测相关）的后台代码。（E）基于智能手机的便携式读数设备关机示意图。（F）应用程序（APP）拍摄界面。（G）应用程序（APP）检测细菌浓度的结果图。（H）家蝇天蚕素 @氮掺杂磁性介孔碳纳米球（MDC@N-MMCNs）纸基传感器检测细菌的完整流程示意图。

在实际样本测试中，传感器在牛奶基质中对致病菌的检测限保持10 CFU/mL，验证了其在复杂食品基质中的适用性。整个检测流程仅需30分钟，大幅缩短了传统方法的检测时间。

技术价值与前景

该研究首次将抗菌肽MDC与磁性介孔碳材料结合，开创了检测-消除一体化的传感器新策略。材料的长期稳定性测试显示，60天后仍保持91.38%的初始催化活性，表明其具有良好的储存稳定性。

这种传感器平台操作简单、成本低廉，无需复杂仪器，特别适合资源有限环境下的现场检测和POCT应用。其成功开发为食品安全监控提供了新的技术手段，对降低食源性疾病发生率具有重要实践意义。

未来，研究团队计划进一步优化传感器设计，拓展其在水质监测、临床诊断等领域的应用，为公共健康防护提供更多创新解决方案。

参考文献：

Sun S, Feng Y, Li H, et al. A novel biosensor MDC@ N-MMCNs to selective detection and elimination of foodborne bacterial pathogens[J]. Analytica Chimica Acta, 2025, 1354: 344008.