基于旋转高梯度磁分离和级联反应信号放大的沙门氏菌超灵敏阻抗生物传感器

  微生物食物中毒是全球范围内的一个重要问题已经造成了许多疾病和巨大的经济损失。沙门氏菌是最常见的病原体，并可产生腹泻、呕吐、肠胃炎和严重脱水等症状。现有方法细菌检测主要包括传统培养皿，聚合酶链式反应，以及酶联免疫吸附试验。然而，它们要么需要长时间，要么需要复杂的操作，要么需要专业化仪器或熟练的技术人员。因此，需要新的方法用于快速灵敏地检测食源性病原体，以确保食物安全安全。

  阻抗生物传感器作为一种典型的电化学方法，其特点为体积小、操作简单、成本低、易于集成、灵敏度高等。一些酶常用来放大阻抗信号以提高灵敏度。其中，葡萄糖氧化酶(Gox) 可以催化葡萄糖(低电导率)反应生成葡萄糖酸(高电导率)和过氧化氢(H2O2，低电导率)。然而，它的阻抗变化是由一种信号分子引起的，对阻抗信号进行显著放大是不够显著的。由于二氧化锰(MnO2)在H2O2存在下可以还原为Mn2+，因此，阻抗信号的级联放大可以进一步增强阻抗的变化:葡萄糖被GOx氧化为葡萄糖酸和H2O2，MnO2被H2O2级联还原为Mn2+。

  传统的免疫磁分离通常在离心管中使用免疫磁纳米颗粒(MNPs)和静态磁场进行，但由于空间磁场衰减快，无法处理大量样品。利用MNP链连续流分离大容量的目标菌已有许多研究。由于MNP簇、网或链的旋转可增强目标细菌与免疫MNP的接触，因此在流体通道中旋转MNP可能进一步促进免疫磁分离。

  本文提出了一种新型的阻抗生物传感器，利用旋转磁分离和阻抗信号级联放大技术对沙门氏菌进行快速、灵敏的检测。该旋磁分离方法对沙门氏菌的分离效率在20 min内可达~50%，级联反应可使阻抗变化提高32.5%。该生物传感器能在2 h内定量检测101 ~ 106 CFU/mL鼠伤寒沙门氏菌，检出限为101 CFU/mL。该生物传感器可以进一步改进，将目标菌从更大的体积中分离出来，增强MnO2@GOx NFs的稳定性，增加细菌样本的循环。

  图1 检测装置示意图。

  参考文献：Huang F, Xue L, Qi W, Cai G, Liu Y, Lin J. An ultrasensitive impedance biosensor for Salmonella detection based on rotating high gradient magnetic separation and cascade reaction signal amplification. Biosens Bioelectron. 2021 Mar 15;176:112921.