智能手机助力食品安全检测：一种新型便携式实时检测技术

在食品安全领域，快速、准确地检测病原菌一直是科研人员追求的目标。近期，一项创新技术的出现为这一领域带来了新的曙光。研究人员开发了一种基于智能手机和水凝胶平台的便携式实时检测技术，能够快速检测食品中的大肠杆菌O157:H7和金黄色葡萄球菌。这一技术不仅具有高灵敏度和特异性，还实现了现场快速检测，为食品安全监测提供了一种全新的解决方案。

技术背景：食品安全检测的挑战与需求

大肠杆菌O157:H7和金黄色葡萄球菌是两种常见的食源性病原菌，它们可以通过污染的肉类、乳制品、水产品和饮用水传播，引发严重的疾病，如胃肠炎、溶血性尿毒综合征、肺炎、脑膜炎和败血症。为了保障食品安全，各国制定了严格的检测标准，例如中国国家标准（GB 29921-2021）规定金黄色葡萄球菌在肉制品、乳制品和冷冻饮料中的最大限量为1×10³ CFU/mL，而大肠杆菌O157:H7则不得检出。因此，开发一种快速、灵敏且便携的检测方法对于降低污染风险具有重要意义。

传统的检测方法，如平板培养法、酶联免疫吸附法和聚合酶链反应法，虽然准确可靠，但存在操作复杂、耗时长、需要专业设备和人员等局限性。因此，开发一种简单、快速且便携的检测技术成为当务之急。

创新技术：基于智能手机和水凝胶的便携式检测平台

研究人员利用碳点（CDs）的独特光学性质，开发了一种新型的便携式检测平台。碳点是一种新型的碳基纳米材料，具有制备简单、光学性能优异、生物相容性好、环境友好等特点。研究人员通过功能化修饰，将橙色发射碳点（OCDs）和绿色发射碳点（GCDs）与特定的核酸适配体结合，实现了对大肠杆菌O157:H7和金黄色葡萄球菌的特异性检测。通过钨二硫化物纳米片（WS₂ NSs）触发的荧光猝灭效应，该平台能够实现比率荧光检测，检测范围宽，检测限低，分别为8 CFU/mL和20 CFU/mL。

为了实现便携式检测，研究人员将双色碳点进一步应用于智能手机辅助的水凝胶平台。水凝胶具有稳定性好、易于制备和抗干扰能力强的优点。通过智能手机拍摄荧光图像并识别RGB颜色值，再通过Python程序将RGB值转换为CIE色度坐标，最终实现定量检测。这一平台不仅便携，还能够实时输出检测结果，极大地提高了检测效率。

图1 水凝胶便携式实时测定金黄色葡萄球菌和大肠杆菌O157:H7的示意图。 

实验验证：高灵敏度与特异性

实验结果表明，该平台对大肠杆菌O157:H7和金黄色葡萄球菌的检测具有良好的线性关系，检测范围分别为18–1.8×10⁶ CFU/mL和37–3.7×10⁷ CFU/mL。在实际样品检测中，该平台的回收率为90%–101%，相对标准偏差（RSD）小于4.12%，与标准平板计数法的结果无显著差异。此外，该平台还具有良好的特异性，能够有效区分目标病原菌与其他常见细菌，如副溶血性弧菌和单核细胞增生李斯特菌。

图2 （A）不同浓度大肠杆菌O157:H7（18 - 1.8×10⁶ CFU/mL）与金黄色葡萄球菌混合后的荧光光谱，插图：混合物在360 nm紫外灯下的照片。（B）F₅₆₅nm/F₄₉₁nm与大肠杆菌O157:H7对数浓度的标准曲线。（C）不同浓度金黄色葡萄球菌（37 - 3.7×10⁷ CFU/mL）与大肠杆菌O157:H7混合后的荧光光谱，插图：混合物在360nm紫外灯下的照片。（D）F_491nm/F_565nm与金黄色葡萄球菌对数浓度的标准曲线。 

实际应用：现场快速检测的可行性

为了验证该平台的实际应用价值，研究人员在猪肉、鸡肉和自来水样品中进行了测试。实验结果表明，该平台在这些实际样品中的检测回收率和RSD均在可接受范围内，与标准平板计数法的结果一致。这表明该平台不仅适用于实验室环境，还能够在现场快速检测中发挥重要作用，为食品安全监测提供了一种高效、便捷的工具。 

表1 采用构建的水凝胶平台在猪肉、鸡肉和自来水中的可行性研究。

未来展望：智能化食品安全检测的新方向

这项基于智能手机和水凝胶的便携式检测技术为食品安全检测开辟了新的方向。它不仅具有高灵敏度和特异性，还实现了便携式和实时检测，极大地提高了检测效率和实用性。未来，随着技术的进一步发展和优化，这种智能化检测平台有望在更广泛的食品安全监测领域得到应用，为保障公众健康提供更有力的支持。

参考文献：

Zhang H, Liu M, Liu Y, et al. Portable real-time determination of Escherichia coli O157: H7 and Staphylococcus aureus based on smartphones and hydrogels[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2025, 325: 125119.