免疫磁分离与微流控系统助力食源性病原体快速定量检测

一、研究背景

食源性疾病对公共卫生和经济造成了巨大影响。据世界卫生组织（WHO）估计，全球每年约有 6 亿人因食用不安全食品而患病，其中造成约 42 万人死亡。大肠杆菌 O157:H7 和鼠伤寒沙门氏菌是两种最常见的食源性病原体，它们在欧美国家的食源性疾病爆发中占据较高比例。传统的培养方法虽然可靠，但耗费的时间长达 2-3 天，难以满足快速检测的需求。近年来，包括酶联免疫吸附试验、酶联荧光试验、乳胶凝集试验、实时PCR和环介导等温扩增等分子诊断方法，具有快速、高灵敏度和特异性，但这些方法仍面临操作复杂、对人员要求高等挑战。因此，开发快速、灵敏且可靠的检测方法成为当务之急。

二、技术原理与创新

该研究将免疫磁分离（immunomagnetic Separation，IMS）技术与微流控系统相结合。IMS 技术利用磁性纳米颗粒与特定抗体结合，能够高效富集目标细菌，去除食品基质的干扰；微流控系统则具有分析速度快、样品和试剂消耗低、便携等优点。研究人员通过在微流控芯片上进行染色和细胞计数，实现了对目标病原体的快速定量检测。

将大肠杆菌 O157:H7 和鼠伤寒沙门氏菌分别或同时接种到生菜样本中，通过 IMS 方法进行富集和分离，然后使用微流控系统进行定量检测。结果显示，该方法在 3.5×10²至 3.3×10⁵ cells/g生菜的范围内与传统免疫荧光显微镜法具有良好的线性关系（R²=0.9997-0.9998）。检测过程仅需不到 3 小时，检测限低至 4×10¹ cells/g，与平板培养和实时 PCR 方法相当。

图1. 将大肠杆菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌掺入生菜样品中，然后使用免疫磁分离收集荧光图像

（a）使用离心和过滤收集掺入生菜样本中的细菌。（b）使用免疫磁分离法纯化生菜样本中的细菌。（c）通过离心、过滤和免疫磁分离处理没有掺入细菌的生菜样本。

收集的细胞用大肠杆菌O157:H7特异性异硫氰酸荧光素标记抗体和鼠伤寒沙门氏菌特异性Alexa Fluor 488标记抗体染色，并通过荧光显微镜观察。

三、实验结果与应用前景

实验结果表明，该方法对生菜中大肠杆菌 O157:H7 和鼠伤寒沙门氏菌的回收率在 61%-83%之间。在不同接种比例下，两种细菌的回收率均较为稳定。此外，该方法还具有良好的定量能力，能够准确检测和定量低浓度的目标细菌。与传统的平板培养和实时 PCR 方法相比，该方法的检测限更低，且无需复杂的样本前处理步骤。

表1. 掺入不同比例的大肠杆菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌的生菜样品，通过免疫磁性分离处理后测定的数量和回收率

该技术的优势在于其快速、便携和自动化程度高，适合现场快速检测。它不仅可以用于检测生菜中的病原体，还可以扩展到其他食品样本的检测。此外，该方法还可以通过增加荧光抗体的种类来检测更多的病原体，具有广阔的应用前景。

四、结论

该研究开发的基于免疫磁分离和微流控系统的快速定量检测方法，为食源性病原体的检测提供了一种新的思路。该方法具有快速、灵敏、便携等优点，能够在短时间内完成对目标病原体的检测和定量分析，有望在食品安全检测领域得到广泛应用。