本文基于纳米材料修饰的适体传感器检测病原菌综述了纳米材料修饰的适体传感器（aptasensors）在病原菌检测中的最新研究进展。适体是通过指数富集配体系统进化技术（SELEX）筛选出的单链核酸分子，具有高亲和力和特异性，能够与特定靶标结合。结合纳米材料的独特性质，如高比表面积、优异的电子传导性和光学特性，适体传感器在病原菌检测中展现出高灵敏度、快速响应和低成本的优势，为临床微生物学和食品安全监测提供了新的解决方案。

适体是通过体外指数富集配体系统进化技术（SELEX）筛选出的单链核酸，能与目标分子高亲和力、高特异性结合。与传统抗体相比，适体具有稳定性强、尺寸小、无免疫原性及易于化学修饰等特点。当适体与纳米材料结合时，纳米材料的独特物理化学性质可进一步放大检测信号，大幅提升传感器性能。适体的靶标范围广泛，从小分子到整个细胞均可检测，使其在病原菌检测中具有广泛的应用潜力。

图1.通过SELEX方法选择适配体。对于体外选择，（S1）利用ssDNA或ssRNA的大型文库。每个序列由两端的两个固定素数结合位点和一个中间随机序列组成。在下一阶段，将文库与靶分子一起孵育，形成适配体-靶复合物。（S2）使用各种方法进行非特异性序列的分离，如电泳凝胶迁移率变化、过滤和使用磁珠捕获。（S3）随后，将结合的适配体从其目标分析物上洗脱下来。（S4）然后使用PCR扩增洗脱的特异性适配体序列。为了增强适配体分子的结合亲和力，通常采用几轮（8-16轮）选择。（S5）最后，克隆、鉴定和合成适配体序列以供进一步分析。

在众多纳米材料中，金属及金属氧化物纳米颗粒应用广泛。金纳米颗粒（AuNPs）凭借可控的形貌和独特的光学特性，成为构建适体传感器的理想材料。例如，基于 AuNPs 的适体传感器可通过 peroxid 酶模拟活性变化检测铜绿假单胞菌，检测限低至 60 CFU/mL，且检测时间仅需 10 分钟。银纳米颗粒（AgNPs）则在荧光增强方面表现突出，通过 DNA 支架构建的银纳米簇可实现对鼠伤寒沙门氏菌的灵敏检测，检测限达 50 CFU/mL。

磁性纳米颗粒（MNPs）因其优异的磁分离能力，在致病菌富集与检测中发挥重要作用。将适体修饰于 MNPs 表面，可通过磁场快速分离目标细菌，结合荧光或电化学方法实现高灵敏度检测。如针对金黄色葡萄球菌的磁性适体传感器，检测限可低至 5 CFU/mL，且检测时间仅需 5-6 分钟，为复杂样本中的致病菌检测提供了高效手段。

碳基纳米材料如碳纳米管、石墨烯 oxide（GO）等，凭借大比表面积和良好的导电性，成为构建电化学适体传感器的关键材料。例如，单壁碳纳米管（SWCNTs）修饰的电极结合适体后，可在几分钟内检测出牛奶中的大肠杆菌，检测限低至 6 CFU/mL。还原石墨烯 oxide（rGO）与适体的结合则能实现对金黄色葡萄球菌的单菌检测，进一步拓展了碳基纳米材料在生物传感中的应用。

图2.rGO官能化AP的合成及其进一步用于使用电化学方法检测鼠伤寒沙门氏菌。

量子点（QDs）和复合纳米系统也为多通道检测提供了新思路。量子点具有优异的光学稳定性，通过与不同适体偶联，可实现对多种致病菌的同时检测。如基于量子点和上转换纳米颗粒的双激发适体传感器，能同时识别鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌，检测限分别为 28 CFU/mL 和 16 CFU/mL。而金 - 银核壳纳米颗粒等复合系统则通过表面增强拉曼散射（SERS）效应，将检测灵敏度提升至 15 CFU/mL，为痕量致病菌检测提供了有力工具。

这些纳米材料修饰的适体传感器不仅在临床诊断中展现出巨大潜力，还能有效应用于食品污染监测和环境检测。未来，随着纳米技术和化学修饰方法的不断进步，这类传感器有望在即时检测、多目标分析和复杂样本处理等方面取得突破，为公共卫生安全提供更坚实的技术保障。

挑战与展望

尽管适体传感器在病原菌检测中表现出巨大潜力，但仍面临一些挑战。适体筛选的复杂性：SELEX技术耗时且缺乏通用方法，尤其是对小分子靶标的适体筛选仍需优化。纳米材料的规模化生产：纳米材料的合成和功能化需要标准化，以确保传感器的重现性和稳定性。实际样本中的干扰：复杂样本（如血液或食品）中的基质效应可能影响检测灵敏度，需开发抗干扰能力更强的传感策略。

未来，通过结合计算化学和人工智能优化适体设计，以及开发新型纳米材料，适体传感器有望在即时诊断（POCT）和食品安全监测中实现更广泛的应用。此外，适体传感器的多功能化和集成化将进一步提升其在复杂环境中的实用性和可靠性。

结论

纳米材料修饰的适体传感器为病原菌检测提供了一种快速、灵敏且特异的方法。通过不断优化适体筛选技术和纳米材料性能，这类传感器有望在临床诊断、食品安全和环境监测等领域发挥重要作用，为公共卫生安全提供有力保障。

文献链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.111933