基于细菌印迹聚合物与刀豆蛋白A的双重识别电化学生物传感器：检测大肠杆菌O157:H7的新突破

食品安全一直是全球关注的焦点，而食源性病原菌的污染更是对公共健康构成了严重威胁。在众多病原菌中，大肠杆菌O157:H7（Escherichia coli O157:H7，简称E. coli O157:H7）因其极强的致病性和广泛的存在而备受关注。这种细菌可引发严重的食源性腹泻疾病，甚至导致危及生命的并发症，如呼吸道感染、泌尿道感染和肺炎等。每年，E. coli O157:H7感染约26.5万人，给社会和经济带来了沉重的负担。因此，开发一种快速、可靠且简便的病原菌检测方法对于保障公共健康和食品安全至关重要。

现有检测技术的局限性

传统的病原菌检测方法，如平板计数法，虽然被广泛使用，但耗时较长。其他替代方法，如酶联免疫吸附试验（ELISA）、质谱分析和聚合酶链反应（PCR），虽然具有较高的灵敏度和准确性，但需要专业的设备、训练有素的人员以及复杂的样品前处理过程。此外，这些方法还容易出现假阳性和假阴性结果，影响检测的可靠性。因此，开发一种快速、灵敏且便携的检测技术成为当务之急。

新型双重识别电化学生物传感器

近日，一项发表在《Foods》杂志上的研究提出了一种基于双重识别策略的电化学生物传感器，用于检测E. coli O157:H7。该传感器结合了细菌印迹聚合物（Bacteria-Imprinted Polymer，BIP）和刀豆蛋白A（Concanavalin A，ConA），通过电化学方法实现了对E. coli O157:H7的高灵敏度和高选择性检测。

传感器的设计与原理

该传感器的设计基于“三明治”型检测模式。BIP作为捕获探针，通过电聚合直接固定在电极表面。ConA和电活性分子6-（铁氰基）己硫醇（6-(ferrocenyl)hexanethiol，Fc）共轭到金纳米颗粒（Au NPs）上，形成信号探针（Au@Fc-ConA）。当E. coli O157:H7存在时，细菌被BIP特异性捕获，随后与Au@Fc-ConA通过ConA的糖结合特性发生相互作用，触发Fc的氧化反应，产生与细菌浓度成正比的电流信号。

图1 用于检测大肠杆菌 O157:H7 的电化学传感器的制备过程和工作原理示意图。

传感器的性能

该传感器表现出优异的性能，线性检测范围为10¹–10⁵ CFU mL⁻¹，检测限低至10 CFU mL⁻¹。

图2 （A）在PBS中大肠杆菌O157:H7（浓度为0 - 10⁵ CFU mL^-1）的差分脉冲伏安图；（B）ΔI与大肠杆菌O157:H7对数浓度的校准曲线。

即使在复杂的牛奶样品中，该传感器也能检测到低至10 CFU mL⁻¹的E. coli O157:H7，回收率在94.16%到110.6%之间。此外，即使在E. coli O6浓度高出100倍的情况下，该传感器仍能有效区分E. coli O157:H7。传感器的重复性良好，相对标准偏差仅为2%。

表1 牛奶中大肠杆菌O157:H7的检测（n = 3）。

该传感器在检测E. coli O157:H7时表现出明显的信号响应，且具有良好的选择性、重复性和稳定性。在实际样品检测中，该传感器在牛奶样品中表现出良好的检测效果，为食品安全监测提供了一种有力的工具。

图3 （A）传感器对大肠杆菌 O157:H7 和各种对照细菌的差分脉冲伏安（DPV）电流响应。（B）显示传感器选择性统计分析的柱状图。

结论与展望

这项研究提出的双重识别策略结合了简单性和高性能，为E. coli O157:H7的选择性检测提供了一种新的方法，有望在食品安全监测中得到广泛应用。尽管该传感器目前仅能检测单一病原体，但其在复杂样品中的良好表现显示了其巨大的应用潜力。未来的研究可以进一步拓展该传感器的多病原体检测能力，通过设计多样化的BIP和定制化的信号探针，使其能够同时检测多种病原体，从而提高其在实际应用中的实用性和广泛性。

参考文献：

Niu X, Ma Y, Li H, et al. A Dual-Recognition Electrochemical Sensor Using Bacteria-Imprinted Polymer and Concanavalin A for Sensitive and Selective Detection of Escherichia coli O157: H7[J]. Foods, 2025, 14(7): 1099.