15分钟锁定牛奶中的大肠杆菌！新型噬菌体传感器实现超快速检测

食品安全检测领域迎来新突破。近日，波兰科学院物理化学研究所研究团队在国际分析化学期刊《Talanta》发表最新研究，开发出一种基于电场定向噬菌体固定技术的新型电化学生物传感器，可在15分钟内完成牛奶中大肠杆菌（Escherichia coli）的快速检测，无需传统培养富集步骤，在真实乳制品样品中实现12 CFU/mL的检测限，为食品安全现场检测提供了新的技术方案。

食品安全检测为何需要更快？

食源性致病菌一直是全球食品安全的重要威胁。其中，大肠杆菌作为乳制品、肉制品及新鲜果蔬中最常见的污染菌之一，能够引发严重的食品安全事件。传统培养法通常需要24～72小时才能获得结果，而PCR、ELISA等检测技术虽然灵敏，但仍依赖实验室设备和专业人员，难以满足现场快速检测需求。随着食品供应链不断延长和冷链物流快速发展，行业越来越需要一种能够实现快速、灵敏、低成本、现场检测的新技术。

电场"摆正"噬菌体，让细菌更容易被抓住

这项研究最大的创新，在于利用交流电场帮助噬菌体完成定向排列。研究团队首先对氧化铟锡（ITO）电极进行化学修饰，再利用T4噬菌体天然具有的偶极特性，在固定过程中施加交流电场，使噬菌体以"头朝下、尾朝上"的方式排列在电极表面。这种排列方式能够让负责识别细菌的尾纤维充分暴露，大幅提升细菌捕获效率，避免传统随机固定方式中大量识别位点被遮挡的问题。实验结果显示，经过电场定向排列后，传感器检测信号相比普通随机固定方式提高约3倍，相比未固定噬菌体的电极提升约10倍，显著增强了检测灵敏度。

图1 面向噬菌体的ITO生物传感器概述^[1]

15分钟完成检测，最低可检测12 CFU/mL

研究人员采用差分脉冲伏安法（DPV）读取检测信号。当细菌被噬菌体捕获后，会阻碍电子传递，从而导致电流下降，通过电流变化即可实现细菌定量分析。在PBS缓冲体系中，该传感器能够实现10～10⁷ CFU/mL范围内的大肠杆菌定量检测，检测限达到62 CFU/mL，整个检测过程仅需约15分钟。更值得关注的是，在未经稀释的脱脂牛奶样品中，该平台依然保持优异性能，检测限进一步降低至12 CFU/mL，且无需样品预富集，为乳制品快速检测提供了新的解决方案。

不仅灵敏，更具有高特异性和稳定性

除了灵敏度，该传感器还表现出良好的专一识别能力。

研究团队以金黄色葡萄球菌作为非靶标菌进行测试，结果显示，相同浓度条件下，对大肠杆菌产生的检测信号最高可达非靶菌的近30倍，有效降低了误检风险。与此同时，该传感器在4℃保存两周后仍保持良好的检测能力，重复性相对标准偏差约为3%～4%，证明其具有较好的稳定性，满足实际应用需求。

微流控设计进一步提升检测效率

为了进一步缩短检测时间，研究团队还构建了循环流动检测系统。通过微流控循环，仅需1 mL样品，约1分钟循环即可获得接近传统15分钟静态检测的检测效果，不仅减少了样品消耗，也为未来在线连续监测提供了新的技术思路。

未来有望拓展至更多食源性致病菌检测

研究人员指出，该平台具有良好的可扩展性。由于不同噬菌体能够特异性识别不同细菌，只需更换噬菌体种类，未来便可扩展至沙门氏菌、李斯特菌、金黄色葡萄球菌等多种食源性致病菌检测，并有望应用于食品加工、乳制品质量控制、环境监测以及现场即时检测（POCT）等多个场景。总体来看，这项研究通过创新性的电场定向噬菌体固定策略，成功提升了噬菌体生物传感器的捕获效率和检测性能，为构建高灵敏、快速、低成本的食品安全检测平台提供了新的技术路线，也为未来智能化食品安全监测的发展奠定了基础。

参考文献

[1] Ochirbat E, Dolinska J, Gizyński K, Rudko K, Nikiforow K, Opałło M, Paczesny J. Rapid electrochemical detection of Escherichia coli in milk using an oriented phage-based biosensor. Talanta. 2026, 308:129926.