食品安全新突破：快速检测沙门氏菌的电化学生物传感器

沙门氏菌：食品安全的重大威胁

在当今快节奏的生活中，食品安全问题一直是公众关注的焦点。沙门氏菌作为一种常见的食源性病原菌，每年在全球范围内引发数以千万计的胃肠炎病例，甚至导致大量死亡，其中鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）是引发食源性疾病的主要血清型之一。它可以通过污染的肉类、蛋类、奶制品等进入人体，引发急性胃肠炎、败血症等疾病。据估计，全球每年因沙门氏菌感染导致的胃肠炎病例高达9000万例，死亡人数约15.5万。因此，快速、准确地检测沙门氏菌对于预防食源性疾病、保障公众健康具有至关重要的意义。

电化学生物传感器：快速检测的“利器”

传统检测沙门氏菌的方法包括细菌培养、聚合酶链反应（PCR）、酶联免疫吸附试验（ELISA）等。然而，这些方法要么耗时长，需要数天才能得出结果；要么依赖昂贵的设备和专业的技术人员，难以在基层和现场快速应用。近年来，电化学生物传感器的发展为快速检测开辟了新途径。这种传感器结合了电化学原理和生物识别技术，具有高灵敏度、高选择性、快速响应和成本低廉等优点，能够在短时间内检测出极低浓度的目标物质。

图1 分子印迹聚合物检测原理

创新技术：分子印迹聚合物与电化学的结合

在最新的研究中，科学家们开发了一种基于分子印迹聚合物（MIP）的电化学生物传感器。这种传感器利用了分子印迹技术，通过在电极表面电聚多巴胺，并在其中嵌入沙门氏菌模板分子，形成具有特异性结合位点的聚合物膜。当模板分子被洗脱后，留下的空腔与沙门氏菌的形状和大小完美匹配，能够特异性地识别并结合目标细菌，从而实现对沙门氏菌的快速检测。研究表明，这种传感器的检测限低至10¹ CFU/mL，检测时间仅需4分钟，且对沙门氏菌具有高度特异性，能够有效区分其他常见食源性病原菌，如大肠杆菌和单核细胞增生李斯特菌。

图2 分子印迹聚合物传感器与鼠伤寒沙门氏菌浓度的关系。(A) 不同浓度鼠伤寒沙门氏菌的循环伏安曲线。(B) 以氧化峰电流建立的鼠伤寒沙门氏菌定量校准曲线。

图3 分子印迹聚合物传感器的特异性检测。(A) 添加不同样本后检测分子印迹聚合物传感器的循环伏安曲线。(B) 通过不同样本氧化峰电信号的差异可以得出，分子印迹聚合物传感器对鼠伤寒沙门氏菌具有特异性。

实际应用：从实验室到餐桌的跨越

为了验证这种传感器在实际食品检测中的应用价值，研究人员将其应用于猪肉和牛奶样本的检测。实验结果表明，即使在复杂的食品基质中，传感器也能准确检测出沙门氏菌的存在，并且检测过程简单快捷，无需复杂的样品前处理。这一成果不仅为食品安全监测提供了一种高效、便捷的新方法，也为未来在食品生产、加工、运输和销售等各个环节的广泛应用奠定了基础。

图4 牛奶和猪肉样本经100倍稀释后进行了检测。

未来展望：更广泛的应用与挑战

尽管这种基于分子印迹聚合物的电化学生物传感器在快速检测沙门氏菌方面取得了显著进展，但仍面临一些挑战和改进空间。例如，目前的传感器只能检测单一类型的细菌，未来需要进一步优化技术，使其能够同时检测多种病原菌。此外，传感器的稳定性和重复使用性也需要进一步提高，以满足大规模应用的需求。随着技术的不断进步和创新，这种电化学生物传感器有望在食品安全、环境保护、疾病诊断等多个领域发挥更大的作用，为保障公众健康和安全提供更有力的技术支持。

总之，这项创新的电化学生物传感器技术为快速检测沙门氏菌提供了一种全新的解决方案。它不仅具有快速、灵敏、特异性强等优点，还能够有效降低检测成本，提高检测效率。随着进一步的研发和应用推广，这种传感器有望成为食品安全监测领域的一把“利剑”，为守护公众健康筑牢防线。

参考文献：

Wang Y, He X, Wang S, et al. Rapid detection of Salmonella typhimurium in food samples using electrochemical sensor[J]. LWT, 2024, 206: 116567.