一颗纳米酶“四合一”：既能超灵敏检测李斯特菌，又能按需消毒

研究背景

李斯特菌是冷藏食品中最危险的食源性病原体之一。传统的检测方法（平板计数、PCR、ELISA）虽然可靠，但耗时较长，且与后续消毒步骤完全脱节——发现污染后往往需要重新取样、配制消毒剂、二次处理，不仅效率低，还容易造成二次污染。另一方面，常规化学消毒剂（如含氯消毒剂、过氧化氢）虽然有效，但长期使用可能诱导细菌耐药性，且对已经形成的生物膜效果有限。

纳米酶（具有类酶活性的纳米材料）近年来在病原体检测领域崭露头角。它们成本低、稳定性好，还能同时具备荧光、催化、光热等多种功能。但此前的研究大多只关注“检测”这一个环节，很少将检测与消毒整合在同一平台上。

对此，合肥工业大学的研究团队设计了一种铁掺杂二氧化硅纳米酶（Fe@SiNPs），并巧妙地嫁接了两种识别元件——达托霉素和适配体，实现对李斯特菌的双重精准捕获。更关键的是，他们利用磁诱导聚集效应，让纳米酶在细菌周围集中产生羟基自由基，实现了“一箭双雕”：先超灵敏检测，后高效消毒。

研究内容与结果

一、纳米酶的制备与三功能验证

研究人员通过一锅水热法合成了Fe@SiNPs纳米酶。电镜显示颗粒约23 nm，均匀分散。XPS证实其中同时存在Fe²⁺和Fe³⁺，这是其类过氧化物酶活性的来源。实验表明，Fe@SiNPs能在pH 4.5、35℃条件下催化过氧化氢产生羟基自由基，将无色的TMB氧化成蓝色oxTMB。动力学分析显示，其对H₂O₂的米氏常数（Km=0.35 mM）远低于天然辣根过氧化物酶，表明亲和力更强。此外，Fe@SiNPs本身具有稳定的荧光发射（最佳激发410 nm），且oxTMB在660 nm激光照射下能产生光热效应。一个材料同时具备荧光、比色和光热三种信号输出能力。

二、双识别单元：精准“钓”出李斯特菌

为了特异性地捕获李斯特菌，团队在磁颗粒Fe₃O₄表面共价连接了达托霉素（一种与革兰氏阳性菌细胞壁结合的抗生素），得到Dap/Fe₃O₄；同时在Fe@SiNPs表面连接了李斯特菌适配体，得到Apt/Fe@SiNPs。两步磁分离后，样品中的目标菌被高效富集，排除了食品基质的干扰。未结合的Apt/Fe@SiNPs留在上清液中，其荧光强度与菌浓度负相关；而结合在细菌上的Apt/Fe@SiNPs经沉淀后，加入TMB和H₂O₂产生蓝色oxTMB，吸光度与菌浓度正相关；oxTMB再经激光照射，温度变化也与菌浓度线性相关。三种模式相互验证，避免了单一信号的假阳性。

三、检测性能：低至2 CFU/mL

在优化条件下，荧光模式的线性范围为10–10⁷ CFU/mL，检测限3.62 CFU/mL；比色模式的检测限为2.06 CFU/mL；光热模式的检测限为3.70 CFU/mL。在真实食品样品（如牛奶、鸡肉）中的加标回收率在92%–109%之间，相对标准偏差小于10%。该平台对李斯特菌的选择性显著高于金黄色葡萄球菌、沙门氏菌等干扰菌。

四、“按需消毒”：磁诱导增强杀菌

检测完成后，体系中的Dap/Fe₃O₄和Apt/Fe@SiNPs仍然存在。研究团队发现，在外加磁场作用下，这些纳米颗粒会聚集在细菌周围，局部产生高浓度的羟基自由基。单独使用H₂O₂仅能杀死22.7%的李斯特菌；Fe@SiNPs+H₂O₂杀死79.3%；而双识别单元（Dap/Fe₃O₄+Apt/Fe@SiNPs）+H₂O₂加上磁诱导聚集，杀菌率飙升至99.6%。时间优化显示1.5小时即可达到最佳效果。

五、生物膜清除

李斯特菌的生物膜是工业消毒的难点。实验采用结晶紫染色和活/死细菌染色评估：单独H₂O₂或Fe@SiNPs+H₂O₂对生物膜影响很小；而Apt/Fe@SiNPs+H₂O₂处理可清除92.5%的生物膜。扫描电镜显示，处理后的细菌细胞膜皱缩、破裂，生物膜结构完全瓦解。这是因为适配体将纳米酶精准靶向到生物膜内的细菌表面，局部产生的高浓度羟基自由基穿透了胞外聚合物，杀死了深处的细菌。

结语

这项研究的亮点在于将“检测”和“消毒”两个原本割裂的步骤整合到同一个纳米平台上。三模式检测互相校准，大大降低了误报风险；磁诱导聚集增强的化学动力学杀菌，既避免了高浓度消毒剂对食品品质的影响，又不容易诱导耐药性。未来，这种“四合一”策略有望集成到便携式设备中，用于食品加工线的在线监测与即时消毒。当然，纳米材料的生物安全性和大规模制备成本仍需进一步验证，但这一思路无疑为食源性病原体的全链条管控提供了一个崭新的方向。

参考文献：Li, Hui et al. “"Four - in - one" platform based on multifunctional nanozyme for ultra - accurate detection and on - demand disinfection of Listeria monocytogenes.” Food chemistry vol. 462 (2025): 140776. doi:10.1016/j.foodchem.2024.140776