AIEgen分子信号标签与微流控芯片技术：大肠杆菌O157:H7快速检测的创新策略

原创

来源：蔡伟程

2025-05-16 10:21:36

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核心提示：本文介绍了一种基于AIEgen基分子信号标签与微流控芯片结合的新型生物传感器，用于快速检测活体大肠杆菌O157:H7。该传感器通过AIEgen材料的荧光特性与微流控芯片的集成化优势，实现了45分钟内高灵敏度（45 CFU/mL）和高特异性的检测，能区分活体和死体细菌，且在湖水、牛奶和血清等复杂样本中表现出色，为食品安全和公共卫生检测提供了高效、快速的新方法，未来有望拓展至更多领域。

在当今快节奏的生活中，食品安全和公共卫生问题日益受到人们的关注。尤其是由病原菌引起的感染，不仅威胁着人类的健康，还对社会经济造成了巨大的影响。其中，大肠杆菌O157:H7是一种特别令人担忧的病原菌，它在全球范围内引发了大量严重的疾病和死亡案例。传统的检测方法往往耗时费力，难以满足快速诊断和现场检测的需求。然而，最近一项创新的研究成果为这一问题带来了新的希望。

AIEgen基分子信号标签：点亮检测之路

研究人员开发了一种基于聚集诱导发射体（AIEgen）的分子信号标签，这种标签在特定条件下能够发出强烈的荧光信号，从而实现对目标物质的高灵敏度检测。AIEgen材料具有独特的光学性质，它们在聚集状态下会发出明亮的荧光，而不是像传统荧光材料那样因聚集而淬灭。这种特性使得AIEgen在生物传感领域具有巨大的潜力。在这项研究中，研究人员巧妙地设计了一种名为TPA-galactose的AIEgen基分子信号标签，它在β-半乳糖苷酶的作用下能够被水解，生成具有强烈荧光的TPA-OH。这种荧光“开启”现象为检测提供了清晰的信号。

微流控芯片：微型实验室的集成化

微流控芯片技术是近年来发展起来的一种微型化分析平台，它将多个实验室功能集成在一个芯片上，实现了样品的快速处理和分析。这种芯片具有体积小、操作简便、试剂消耗少等优点，非常适合用于现场快速检测。在这项研究中，研究人员将AIEgen基分子信号标签与微流控芯片相结合，构建了一个能够快速检测活体大肠杆菌O157:H7的生物传感器。通过在芯片上设计特定的通道和反应区域，研究人员实现了对细菌的捕获、裂解、信号放大和检测等一系列操作的自动化和集成化。

图1 用于即时检测大肠杆菌 O157:H7 的 ANEW 生物传感器示意图。（A）基于磁珠-噬菌体（MB-噬菌体）捕获、裂解大肠杆菌O157:H7并释放β-半乳糖苷酶的过程。（B）TPA-半乳糖被β-半乳糖苷酶水解为TPA-OH的示意图。（C）配套的微流控芯片和便携式设备的结构图。

高效检测：快速、灵敏、特异性强

这种新型生物传感器的检测过程非常高效。它能够在45分钟内完成检测，检测灵敏度高达45 CFU/mL，这意味着即使在极低浓度下，也能够准确地检测出大肠杆菌O157:H7的存在。与传统的检测方法相比，这种方法无需进行繁琐的DNA提取和扩增步骤，大大节省了时间和成本。此外，该生物传感器还具有很高的特异性，它能够准确地区分活体和死体细菌，避免了因死菌残留而导致的假阳性结果。这一特性对于准确评估食品安全风险和公共卫生威胁至关重要。

实际应用：从实验室到现实世界的跨越

为了验证这种生物传感器的实际应用价值，研究人员进行了大量的实验测试。他们将生物传感器应用于湖水、牛奶和血清等不同类型的样本中，结果表明，该生物传感器在这些复杂样本中均能准确地检测出大肠杆菌O157:H7的存在。在实际样本检测中，生物传感器的检测结果与传统的定量PCR方法一致，但在检测速度和成本方面具有明显的优势。这一成果表明，这种生物传感器不仅在实验室中表现出色，而且在实际应用中也具有很高的实用性和可靠性。

图2. 使用ANEW生物传感器对实际样品中的大肠杆菌O157:H7进行检测。（A）湖水、（B）牛奶和（C）血清中添加不同浓度大肠杆菌O157:H7的回收率。（D）检测大肠杆菌O157:H7的不同方法的比较。（E）对湖水、牛奶和血清实际样品中大肠杆菌O157:H7的定量检测。（F）实际样品中阳性样品检测结果的比较。（G）ANEW生物传感器与半定量计数法和定量聚合酶链式反应（qPCR）在多个方面的性能比较。

未来展望：更广泛的应用与持续创新

这项研究的成功为食品安全和公共卫生检测领域带来了新的思路和方法。未来，研究人员计划进一步优化这种生物传感器的设计，提高其检测效率和灵敏度，使其能够同时检测多种病原菌。此外，他们还希望将这种技术扩展到其他领域的检测，如环境监测、医疗诊断等，为保障人类健康和安全做出更大的贡献。随着技术的不断进步和创新，我们有理由相信，这种基于AIEgen和微流控芯片的生物传感器将在未来的检测领域发挥越来越重要的作用。

总之，这项创新的研究成果不仅为大肠杆菌O157:H7的快速检测提供了一种高效、灵敏、特异性强的新方法，而且也为生物传感技术的发展开辟了新的道路。它将有助于提高食品安全和公共卫生水平，保护人们的健康和生命安全

参考文献：

Feng N, Li Y, Zhao Y, et al. Customized AIEgen-Based Molecular Signaling Tags Combined Microfluidic Chip for Point-of-Care Testing Viable E. coli O157: H7[J]. ACS sensors, 2025.