摘要

食品安全是全球关注的重大议题，致病菌污染对公众健康构成严重威胁。近期，上海海洋大学的研究团队开发了一种基于双重识别策略的电化学传感器，用于快速、灵敏、选择性地检测食品中的致病性大肠杆菌O157:H7。该传感器结合细菌印迹聚合物（BIP）与伴刀豆球蛋白A（ConA），实现了对低浓度目标菌的高效捕获与信号放大。实验表明，其检测限低至10 CFU/mL，线性范围为10^1–10^5 CFU/mL，在复杂牛奶样品中回收率达94.16%–110.6%，且能有效区分高浓度干扰菌株。

方法：双重识别机制与纳米探针设计 

传感器的核心创新在于“双识别”策略： 

1. 捕获层（BIP）：通过电聚合技术，在电极表面原位合成细菌印迹聚合物。以大肠杆菌O157:H7为模板，形成与其形状、尺寸及表面化学特性互补的识别位点，实现特异性捕获。 

2. 信号探针（Au@Fc-ConA）：金纳米颗粒（Au NPs）表面同时修饰ConA和电活性分子6-（二茂铁基）己硫醇（Fc）。ConA可特异性结合细菌表面的甘露糖/葡萄糖残基，而Fc在氧化时产生电流信号。检测时，目标菌被BIP捕获后，信号探针通过ConA与细菌结合，触发Fc的氧化反应，电流强度与菌浓度成正比。该设计通过双重识别（BIP的空间匹配与ConA的糖结合特性）大幅提升选择性，并通过纳米材料放大信号。

图1用于检测大肠杆菌O157:H7的电化学传感器的制备过程及工作原理示意图

图2. (A) Au@Fc-ConA的合成过程；(B) AuNPs、Fc、ConA及Au@Fc-ConA的紫外-可见光谱；(C) Au@Fc-ConA的EDS元素分布图。

结果：高灵敏、高选择性与实际应用验证 

1.灵敏度与线性范围：传感器对纯培养菌液的检测限低至10 CFU/mL，线性范围跨越4个数量级（10–10⁵ CFU/mL），回归方程ΔI = -0.02218 lgc + 0.00435（R²=0.998）。

图3 (A) 不同浓度大肠杆菌O157:H7（0–10⁵ CFU mL⁻¹）在PBS中的差分脉冲伏安曲线；(B) 响应电流变化值(ΔI)与大肠杆菌O157:H7对数浓度的校准曲线

2.选择性：在10倍浓度的金黄色葡萄球菌、沙门氏菌等干扰菌存在下，传感器对目标菌的响应电流仍高出2.4–3倍；即使干扰菌E. coli O6浓度高100倍，信号仍可区分（p<0.001）。 

3.实际样品检测：在牛奶样品中，仅需10倍稀释预处理即可检测10 CFU/mL的目标菌，回收率稳定（94.16%–110.6%），证实其在复杂基质中的适用性。 

4.稳定性与重现性：10次平行测试的相对标准偏差（RSD）仅为2%，储存15天后信号保留75%，满足实际检测需求。

结论：突破传统方法的局限性

研究团队通过BIP与ConA协同作用，解决了单一识别元件灵敏度不足或选择性受限的问题，为食源性致病菌的即时检测提供了高效解决方案。与传统的PCR、ELISA等技术相比，该传感器具有显著优势： 

快速：全程检测时间缩短至数十分钟，无需复杂前处理。 

低成本：采用合成聚合物替代抗体，降低制备成本。 

便携性：电化学检测装置易于微型化，适合现场应用。 

展望：迈向多重检测与智能化 

尽管当前传感器性能优异，但其仅针对单一病原体的设计限制了在多重污染场景中的应用。未来研究方向包括： 

1.多重检测：开发多种BIP与特异性信号探针组合，实现同步检测多种致病菌（如沙门氏菌、李斯特菌）。 

2.智能化集成：结合微流控芯片与无线传输技术，构建便携式一体化检测设备。 

3.实时监测：探索传感器在食品加工链中的在线监测潜力，提升食品安全预警能力。 

该技术的推广有望显著降低食源性疾病风险，为全球食品安全监管注入新动力。

参考文献：Niu X, Ma Y, Li H, Sun S, Shi L, Yan J, Luan D, Zhao Y, Bian X. A Dual-Recognition Electrochemical Sensor Using Bacteria-Imprinted Polymer and Concanavalin A for Sensitive and Selective Detection of Escherichia coli O157:H7. Foods. 2025 Mar 21;14(7):1099. doi: 10.3390/foods14071099. PMID: 40238203; PMCID: PMC11989128.