基于铕离子磁捕获和荧光检测的多功能病原菌检测新方法

原创

来源：高宝

2024-10-25 17:28:28

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核心提示：由食源性致病菌等病原体引起的疾病一直是对人类的主要威胁。

引言：

细菌感染，尤其是由食源性病原菌引发的感染，已成为全球健康的重大威胁。传统的细菌检测方法，如细菌培养，虽然精确，但耗时长、过程复杂。本文介绍了一种基于铕离子（Eu³⁺）的创新性磁捕获与荧光检测方法，该方法能够快速、灵敏地检测病原菌，如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等。此方法不仅利用铕离子的荧光特性，还结合了其磁性特点，实现了对复杂样品中病原菌的快速分离和检测。

正文：

1. 铕离子的双重功能：磁捕获与荧光检测

铕离子（Eu³⁺）具有优异的荧光特性，当与四环素（TC）螯合后，其荧光强度显著增强。此外，Eu³⁺具有顺磁性，能够与病原菌表面富含氧的官能团（如磷酸根）结合，使病原菌磁性化。通过外部磁铁，可以轻松实现对S. aureus、大肠杆菌等多种病原菌的捕获，避免了传统的长时间培养过程。下图1显示了该方法对病原菌的捕获及检测的流程图。

图1. 基于Eu³⁺的磁捕获与荧光检测病原菌示意图。

2. 优化实验条件与信号增强机制

实验表明，在pH 8.5的条件下，四环素可有效增强Eu³⁺的荧光信号，并通过加入少量次氯酸钠破坏细菌细胞壁，从而释放铕离子以增强检测灵敏度。如图2所示，含金黄色葡萄球菌混合Eu³⁺样品经Eu³⁺捕集、漂白剂处理、加入TC后得到的荧光光谱。显然，6.25 × 10⁻²%的漂白剂效果最好，并在随后的研究中用于处理被Eu³⁺捕获的细菌，然后再添加TC。

图2. 漂白剂添加浓度的优化。

优化后的荧光检测条件下，该方法能够检测低至10⁴ CFU/mL的细菌（图3）。

图3. 荧光强度与金黄色葡萄球菌浓度间的标准曲线。

3. 实际样本中的应用

在实际应用中，如苹果汁、牛奶等复杂基质中，该方法同样表现出良好的检测性能，并且能够有效区分不同种类的细菌。通过质谱分析（MALDI-MS），研究进一步验证了磁捕获后的细菌种类差异，为食品安全和临床诊断提供了可靠依据。

总结：

基于铕离子的磁捕获和荧光检测方法为病原菌的快速分离与检测提供了新途径。其高效、灵敏、操作简便的特点，使其在食品安全、公共卫生等领域具有广泛应用前景。

参考文献：

Jannatin, Miftakhul, et al. "Europium Ion-Based Magnetic-Trapping and Fluorescence-Sensing Method for Detection of Pathogenic Bacteria." Analytical chemistry 96.14 (2024): 5669-5676.