前言

早期细菌检测对于应对健康挑战、实现及时治疗和改善患者预后至关重要。金黄色葡萄球菌（S.aureus）是一种与皮肤和粘膜感染、慢性牙周病有关的常见病原体，并且表现出高度的抗生素耐药性，需要准确鉴定才能有效治疗。检测金黄色葡萄球菌的传统方法受到处理时间长、灵敏度低和潜在假阳性的阻碍。虽然聚合酶链反应（PCR）有效，但其面临气溶胶污染和DNA浓度可变等问题。

Babu Shobana等人提出了一种新的快速检测方法，该方法使用光电化学（PEC）生物传感器，在玻璃碳电极上修饰@Titanium氧化亚铜/MXene（Cu₂O@TiO₂/MXene） 纳米复合材料。

其检测原理为：利用Cu₂O@TiO₂和MXene的协同效应，通过光和电的联合作用生成活性氧和羟基自由基，破坏S.aureus的细胞壁，释放δ-溶血素毒素，从而实现对S.aureus的高灵敏度检测。

图1：光电化学测定的示意图

（a）光生电荷载流子的生成：当Cu₂O@TiO₂/MXene纳米复合材料修饰的玻璃碳电极（GCE）暴露在光下时，光能激发Cu₂O和TiO₂，产生电子-空穴对。这些电子-空穴对在电场作用下分离，电子被传输到电极表面，空穴则留在半导体材料中。

（b）活性氧的生成：生成的空穴可以与水分子或吸附在电极表面的羟基离子反应，生成高活性的羟基自由基（•OH）。同时，电子可以与溶解在溶液中的氧气反应，生成超氧自由基（O₂•−）。这些活性氧物种（•OH和O₂•−）具有很强的氧化能力，可以破坏S.aureus的细胞壁和细胞膜。

（c）细菌细胞壁的破坏：活性氧与S.aureus细胞壁发生反应，破坏细胞壁的结构，导致细胞内容物泄漏。这一过程不仅破坏了细菌的完整性，还释放了细菌特有的生物标志物，如δ-溶血素毒素。

（d）电化学信号的生成：释放的生物标志物（如δ-溶血素毒素）在电极表面发生氧化还原反应，生成可测量的电化学信号。通过差分脉冲伏安法（DPV）或循环伏安法（CV）测量这些电化学信号，信号的强度与样品中S.aureus的浓度成正比。

该光电化学传感器检测S.aureus具有以下优点：

（1）低检测限：实现了1 CFU/mL的低检测限，能够检测到极低浓度的S.aureus。

（2）高选择性：能够在多微生物环境中特异性检测S.aureus，解决了传统方法中非特异性检测的问题。

（2）快速检测：提供了快速、实时的检测方法，检测时间短，适合现场应用。

总结

Babu Shobana等人研究开发的Cu₂O@TiO₂/MXene）纳米复合材料的光电化学（PEC）生物传感器，实现了低检出限 （1 CFU mL^-1），表现出优异的选择性、可重复性和稳定性，在实时食品样品中具有潜在应用潜力，同时有望在医疗保健领域得到广泛应用。

参考文献

[1]Babu Shobana;Kathirvel Renugadevi;Periakaruppan PrakashCA1.A high sensitive microbial photoelectrochemical sensor based on Cuprous oxide @ Titanium Dioxide/MXene for the selective detection of Staphylococcus aureus in polymicrobial environment[J].Journal of Electroanalytical Chemistry,2025,Vol.977: 118857