单细胞水平超灵敏检测：食源性病原体新型传感器

引言：

食源性病原体如沙门氏菌（Salmonella）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），对全球食品安全和公共健康构成了重大威胁。这些细菌的感染每年导致了数百万例疾病和巨大的经济损失，尤其是在食品加工、存储和运输过程中。为了应对这一挑战，本文介绍了一种基于碳纳米管场效应晶体管（CNT-FET）技术的生物传感器，该传感器结合了功能化核酸适配体，实现了对细菌的单细胞水平检测，为食品安全监测提供了新思路。

正文：

1. 碳纳米管场效应晶体管技术的突破

碳纳米管场效应晶体管（CNT-FET）因其高电子迁移率和对微小电荷变化的灵敏度，成为生物传感器领域的新星。该技术通过在传感器表面引入金纳米颗粒（AuNPs）和功能化的适配体，能够有效捕获并检测目标细菌，该方法的检测原理如下图1所示。实验表明，该传感器可在PBS缓冲液中检测到低至1 CFU的沙门氏菌和1.2 CFU的金黄色葡萄球菌，体现了其超灵敏的检测能力。

图1. 适配体功能化CNT-FET生物传感器示意图。

2. 核酸适配体的高效捕获与选择性

适配体是一种具有高度特异性的核酸序列，能够与目标分子紧密结合。与抗体相比，适配体具有更好的稳定性和易于大规模合成的优势。本文使用的适配体经过了精心设计，专门用于检测沙门氏菌和金黄色葡萄球菌。这种选择性高的适配体确保了传感器能够在复杂食物基质中特异有效识别病原体。

3. 超快速响应：200秒内完成检测

除了灵敏度，检测速度也是食品安全检测的关键指标。CNT-FET传感器的另一个优势是其快速响应能力。实验结果显示，该传感器可以在200秒内完成对食源性病原体的实时检测，并且在复杂的食品样品如肉类、牛奶和鸡蛋中依然能够稳定工作（图2）​。

图2. 适配体功能化碳纳米管场效应晶体管生物传感器实时检测多种污染食品样品中的沙门氏菌和金黄色葡萄球菌。

4. 食品安全领域的广泛应用前景

该传感器在多种食品基质中表现出优异的检测性能，并且具有良好的抗干扰能力。其低成本、便携性和无需标记的特点，使其特别适合用于现场快速检测和食品质量监控。未来，该技术有望广泛应用于食品安全、环境监测以及公共卫生领域。

总结：

本文提出的基于碳纳米管场效应晶体管的生物传感器，为超灵敏、快速检测沙门氏菌和金黄色葡萄球菌提供了一种创新的技术手段。其单细胞水平的检测灵敏度、快速响应和广泛的适用性，标志着该技术在食品安全检测中的巨大潜力。

参考文献：

Feng, Xiaoxuan, et al. "Ultra-sensitive and rapid detection of Salmonella enterica and Staphylococcus aureus to single-cell level by aptamer-functionalized carbon nanotube field-effect transistor biosensors." Biosensors and Bioelectronics 257 (2024): 116333.