纳米 “卫士”：守护食品安全的新希望

全球食品贸易日益繁荣，可食品污染问题却愈发严重。世界卫生组织指出，食源性感染是全球疾病的重要诱因，而细菌则是导致食源性疾病的主要 “元凶”。像大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌等，它们能引发食物中毒、器官衰竭等严重疾病。在中国，对食品中的细菌含量有严格标准，例如天然矿泉水中的细菌总数需低于一定数值，大肠杆菌更是要近乎零容忍。但在生物污染初期，细菌浓度极低，常规检测方法极易 “漏网”，让受污染的食品流入市场。

这种新型传感器的核心 “武器” 是氧化石墨烯和磁性纳米颗粒。氧化石墨烯拥有超大的表面积，就像一块强力的 “纳米海绵”，能吸附更多的磁性纳米颗粒和适配体。适配体可以精准地识别并抓住目标细菌，形成稳定的复合物。当把这些复合物放在磁场中时，磁性纳米颗粒会产生磁力，使微悬臂发生偏转。通过测量微悬臂的偏转程度，就能准确判断出细菌的浓度。而且，研究人员发现，改变细菌复合物在微悬臂上的位置，会影响检测的灵敏度。把复合物固定在微悬臂的尖端，能让偏转幅度更大，检测灵敏度大幅提升。

图1 基于氧化石墨烯（GO）的磁性纳米机械传感器检测示意图。(a) MNP@GO@apt的合成。(b) 细菌的纯化、浓缩以及与微悬臂的结合。(c) 在磁场中，与氧化石墨烯耦合的磁性纳米颗粒（MNPs）增大了微悬臂阵列的偏转。

图 1 展示了传感器的检测原理。图 1（a）呈现了 MNP@GO@apt 复合物的合成过程；图 1（b）展示了细菌的纯化、浓缩以及与微悬臂结合的过程；图 1（c）则清晰地显示出在磁场中，GO 耦合的 MNPs 增加了微悬臂阵列的偏转，就像给微悬臂 “打了一针兴奋剂”，让它对细菌的检测更加敏锐。通过这些图片，我们能直观地理解传感器是如何工作的。

图 2(A)MNP@apt 和 MNP@GO@apt 复合材料的制备与表征；(B)采用应力模式和两种磁性检测模式检测大肠杆菌的结果。

为了验证传感器的性能，研究人员进行了大量实验。他们用革兰氏染色和扫描电子显微镜对大肠杆菌样本进行观察(图2B)，确定样本特征符合大肠杆菌的特性。通过多种实验手段，成功合成并表征了关键复合材料，还利用这些材料构建了检测系统。实验结果令人惊叹，该传感器不仅能直接检测出单个大肠杆菌细胞，检测范围在 1 - 100 CFU/mL，而且在牛奶等复杂样本中也能精准检测出低至 1 CFU/mL 的大肠杆菌。同时，它还具备良好的特异性、重复性、稳定性和抗干扰能力，甚至能同时检测两种低浓度细菌，展现出强大的高通量检测潜力。

图3 微悬臂尖端的扫描电子显微镜（SEM）图像、传感器的选择性和适应性。(a) 实验微悬臂尖端的SEM图像。(b) 参考微悬臂尖端的SEM图像。(c) (a)右侧红色方框的放大图。(d) (a)左侧红色方框的放大图。(e) 特异性和抗干扰检测的差分偏转曲线。(f) 特异性和抗干扰检测的差分偏转直方图（\(n = 3\)，条形图表示平均值±标准差）。(g) 检测牛奶中不同浓度大肠杆菌的差分偏转曲线。(h) 检测牛奶中不同浓度大肠杆菌的差分偏转直方图（\(n = 3\)，条形图表示平均值±标准差）。(i) 两种细菌高通量检测中的差分偏转。

从实际应用来看，这种传感器为食品安全检测带来了新的可能。在食品生产环节，能快速检测原材料和成品中的细菌污染情况，避免不合格产品进入市场。在餐饮行业，可随时检测食材的安全性，保障消费者的饮食健康。从更广泛的领域来说，通过更换不同的探针，它还能用于检测 DNA、小分子、蛋白质和病毒等，在生物医学、环境监测等领域都有广阔的应用前景。

不过目前，该技术在检测极低浓度细菌时，还需要一定时间进行富集和生化反应。但这并不影响它成为食品安全检测领域的一颗新星。相信随着技术的不断完善和发展，它将在保障食品安全、维护公众健康方面发挥更大的作用，为人们的生活增添更多保障。

文章来源：https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907290