不用抗体也能精准抓菌！科学家开发“自供氧纳米酶试纸”，15分钟快速检出沙门氏菌

从乳制品到肉制品，从生鲜蔬果到即食食品，沙门氏菌始终是全球食品安全监管面临的重要挑战之一。作为导致食源性疾病最常见的病原菌之一，鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）每年引发大量食物中毒事件，对食品加工、流通和监管体系提出了更高要求。近日，西北农林科技大学、鲁东大学等机构研究团队在国际顶级传感器期刊《Biosensors and Bioelectronics》发表最新研究成果，研发出一种基于自供氧纳米酶（Self-oxygenating Nanozyme）的新型侧向层析检测试纸（LFIA）。该技术不仅摆脱了传统检测对双抗体体系的依赖，还利用空气中的氧气实现信号自动放大，可在15分钟内完成沙门氏菌快速检测，为现场食品安全监测提供了更简单、更经济的新方案。

最大创新：不用“捕获抗体”也能抓住细菌

传统胶体金试纸或免疫层析试纸普遍采用“双抗体夹心法”。简单来说，需要：一种抗体负责捕获细菌；另一种抗体负责检测细菌；两种抗体必须识别不同表位。然而，高质量抗体筛选往往耗时长、成本高，而且容易受到抗体失活、批次差异等因素影响。研究团队选择了一条全新的技术路线。他们发现，许多肠道致病菌表面存在FimH黏附蛋白，该蛋白对甘露糖（Mannose）具有天然高亲和力。基于这一特点，研究人员将甘露糖修饰到锰基普鲁士蓝类似物（Mn-PBA）纳米材料表面，构建出一种新型功能化纳米酶——Man-MPN（甘露糖功能化锰基普鲁士蓝纳米酶）。这种材料既是识别元件，也是信号放大元件，实现了“识别+检测”二合一。研究结果表明，Man-MPN能够通过甘露糖-FimH特异性相互作用直接吸附在鼠伤寒沙门氏菌表面，从而替代传统捕获抗体完成细菌富集。TEM、电位分析和光谱检测均证实了这种稳定结合。

不需要过氧化氢，空气就能驱动显色反应

除了识别能力，这项研究最大的亮点还在于其“自供氧催化机制”。目前大多数纳米酶显色体系依赖过氧化氢（H₂O₂）作为反应底物，但H₂O₂容易分解，对储存条件和检测环境要求较高。此次开发的Man-MPN纳米酶则展现出优异的氧化酶样活性。其内部Mn²⁺/Mn³⁺氧化还原循环能够持续激活空气中的溶解氧，将无色TMB底物直接氧化为蓝色产物（ox-TMB），无需额外添加过氧化氢。换句话说：空气中的氧气就是反应原料。这一设计使检测体系更加稳定、操作更简单，也降低了现场检测对试剂储存和运输条件的要求。

灵敏度提升10倍，15分钟获得结果

在检测流程中将Man-MPN加入待测样品；纳米酶捕获目标细菌；复合物在试纸上迁移并被检测线固定；滴加TMB显色液；纳米酶催化产生蓝色信号，实现原位放大。实验数据显示：常规检测模式下肉眼检测限为 10⁴ CFU/mL；

经纳米酶催化放大后，检测限降至 10³ CFU/mL；灵敏度提高约 10倍；整个检测过程仅需 15分钟。同时，在10³–10⁷ CFU/mL浓度范围内，检测信号与细菌浓度保持良好的线性关系，为定量分析提供了可靠基础。对于食品企业和监管部门而言，这意味着无需复杂实验设备即可实现快速初筛。

图1 基于Man-MPN的生物传感器示意图^[1]

抗干扰能力突出，多种细菌不会“误报”

快速检测技术最担心的问题之一就是假阳性。为了验证特异性，研究人员采用多种常见食源性病原菌进行交叉测试，包括：金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、志贺菌、铜绿假单胞菌，多种非目标沙门氏菌血清型等。

结果显示：即使干扰菌浓度达到10⁸ CFU/mL，试纸检测线依然几乎没有显色信号，而目标鼠伤寒沙门氏菌则产生明显响应。论文指出，所有非目标菌交叉反应率均低于5%，显示出良好的检测专一性。

牛奶、果汁、鸡肉实测验证成功牛奶、果汁、鸡肉实测验证成功

为了评估实际应用价值，研究团队进一步在真实食品样品中开展验证实验。研究人员向：橙汁、牛奶、鸡肉样品中分别添加不同浓度的沙门氏菌。

检测结果显示：橙汁样品，催化后检测限达到：10³ CFU/mL。牛奶样品，催化后检测限达到：10³ CFU/mL。鸡肉样品，催化后检测限达到：5×10³ CFU/mL。

此外，平均回收率为 83.22%–109.49%、相对标准偏差（RSD）低于 9.55%。表明该方法在复杂食品基质中依然具有较高准确性和可靠性。

可保存20天以上，适合基层现场检测

对于现场快速检测产品而言，稳定性同样重要。研究显示：Man-MPN纳米酶在4℃储存20天后仍保持90%以上活性；60℃高温处理后仍保留88.77%的催化能力；明显优于传统辣根过氧化物酶（HRP）体系。这种稳定性使其具备进入基层检测、冷链物流监测以及食品企业自检体系的潜力。

或将推动下一代智能食品检测产品发展

当前全球食品安全检测技术正朝着“快速化、便携化、低成本化”方向发展。与传统PCR、ELISA等实验室检测技术相比，本研究开发的Man-MPN纳米酶试纸具有：无需复杂仪器；无需双抗体配对筛选；无需额外过氧化氢底物；检测速度快；成本低；适合现场应用等优势。研究团队认为，通过进一步优化纳米材料设计和信号放大策略，该技术未来有望实现更低检测限，并与智能手机读数系统、便携分析设备相结合，构建新一代数字化食品安全监测平台。

参考文献

[1] Deng Z, Tian J, Zhao L, Liu X, Yin X, Wang J, Zhang D, Darwish IA. Self-oxygenating nanozyme-based biosensor for rapid detection of Salmonella typhimurium. Biosensors and Bioelectronics. 2026, 293:118162. DOI: 10.1016/j.bios.2025.118162.