全球每年约有 6 亿人因食用被致病菌污染的食品而患病，其中 42 万人不幸死亡。这些隐藏在生肉、海鲜、鸡蛋中的 “健康杀手”，传统检测方法往往力不从心：微生物培养需要 2 到 5 天才能出结果，根本无法应对紧急情况；PCR 检测虽灵敏却像 “复印机”，容易被空气中的 DNA 污染，还必须依赖实验室环境；新兴的数字 PCR 技术精度高，却因需要昂贵的微流控芯片，难以在基层检测中普及。开发快速、准确又易于操作的多重检测技术，成为全球食品安全领域亟待突破的难题。

d-MAGIC 技术的核心在于三大创新设计：首先是一把特殊的 “生物剪刀”，它能精准识别病菌的遗传物质。这把 “剪刀” 从细菌中提取而来，会拿着特制的 “图纸”（一段特定的 DNA 片段）去寻找目标病菌，找到后分两步剪断病菌的 DNA，每剪断一次就会释放出一个荧光信号，病菌越多，荧光就越强。其次是一种会发光的 “磁性珠子”，它的表面就像布满了粘钩，能牢牢挂上荧光分子，而且挂的数量是传统方法的 3 倍，就像把微弱的信号放大，让信号变得一目了然。最后是一套 “智能眼睛” 系统，它通过显微镜给珠子拍照，再用 AI 算法自动计算出病菌的浓度，不仅比人工计数快 100 倍，还更准确。

图 1 |基于可编程磁珠辅助成像转码系统的 Ago 蛋白介导数字核酸生物传感器示意图。a，CbAgo 介导的两步精准切割反应原理（蛋白质数据库（PDB）编号 6QZK）。b，MB-TA-SA 偶联物的合成及与 FQ 报告子结合以实现荧光编码。c，荧光编码成像及 AI 介导的 MB 偶联物计数解码示意图。

从技术原理示意图中可以清晰看到整个检测过程：第一步是 “生物剪刀” 精准剪断病菌 DNA，第二步是 “磁性珠子” 收集荧光信号，第三步是 “智能眼睛” 拍照计算数量。显微镜下还能看到，磁性珠子表面在修饰后变得粗糙不平，这正是成功挂上发光分子的标志。实验数据显示，这种技术对三种病菌的检测范围能从每毫升 10 个菌到 1000 万个菌，而且只有目标病菌才会触发明显的荧光信号，其他细菌几乎没有干扰，就像认亲一样精准。

这项技术彻底改变了传统检测的困境：不需要扩增 DNA，省去了容易污染的步骤，从取样到出结果只需 2 小时；一次能同时检测三种病菌，效率大大提升；在真实的虾、鸡蛋、冻鸡肉等样品检测中，结果与传统 PCR 方法高度吻合，即使样品中存在其他细菌，也不影响检测准确性。

图2 使用d-MAGIC进行单一食源性病原体检测；图 2a 展示了 CLSM 原始图像经 Panda 算法处理后，磁珠信号被精准识别的过程（origin→mask→output），图 2b-d 表明三种病原体在 10¹~10⁷ CFU/mL 浓度范围内呈良好线性响应，检测限低至 6~7 CFU/mL，图 2e-g 显示非靶病原体（如大肠杆菌、副溶血弧菌）信号低于靶细菌的 13%，图 3h-j 证实三种病原体的 gDNA 无交叉反应，仅靶 DNA 触发显著荧光信号，综上可见，该检测方法具有检测范围广、灵敏度高、抗干扰能力强且特异性好的特点。

图3   利用 d-MAGIC（三角形）和 qPCR（圆形）对样品进行的实际样品分析。d，对活虾（编号 1-20）和冻虾（编号 21-40）中食源性病原体的检测分析。a，样品中检测流程的示意图。e，d-MAGIC 与 qPCR 的准确性比较。数据代表三次重复（n=3）的平均值 ± 标准差，适用于实际样品（PDB 代码 6QZK）。b，鸡蛋样品分析。c，鸡肉样品分析。

未来，这项技术有望成为守护食品安全的 “全能卫士”：在农产品采收时，能当场检测蔬菜是否带菌；在冷链运输中，定时监测冻肉是否变质；甚至在家庭厨房，也可能出现小型检测盒，让普通人也能轻松检测剩菜是否安全。它不需要专业实验室，未来可能做成便携设备，让食品安全检测从实验室走向田间地头、超市厨房，真正从源头守护每个人的餐桌安全。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s43016-024-01082-y