沙门氏菌是导致食源性疾病的主要病原体之一，每年引发约2亿至10亿例感染，最低感染剂量仅1CFU，严重威胁公共健康。传统检测方法（如平板计数、ELISA、PCR）存在检测时间长（需2-3天）、灵敏度不足、易受基质干扰等问题，且无法区分活菌与死菌。磁弛豫时间（MRS）传感器因操作简单、信号噪比高，成为新兴检测技术，但现有方法依赖抗体或适体，存在制备成本高、稳定性差等局限。

噬菌体作为特异性识别元件，可高效结合活菌且制备成本低、稳定性强，但其单独应用时灵敏度有限。铜催化点击反应（CuAAC）是高效的信号放大策略，但现有MRS传感器多通过间接方式调控铜离子浓度，流程复杂。本研究整合噬菌体的特异性识别、CuO₂@SiO₂纳米颗粒的高载铜能力及CuAAC的信号放大优势，构建PCuMRSbiosensor，直接将沙门氏菌浓度转化为铜离子浓度，通过磁弛豫信号变化实现活菌的快速定量，解决现有方法的灵敏度和特异性瓶颈。

方案1.PCuMRS生物传感器检测鼠伤寒沙门氏菌的信号传导原理图。(A)采用碳二亚胺法合成纳米颗粒配合物；(B)用于检测食品样品中活鼠伤寒沙门氏菌的PCuMRS生物传感器示意图。

研究内容

图1.CuO₂@SiO₂-NH₂纳米颗粒表征结果

PCuMRS通过三部分实现检测：①利用MNP₁₀₀₀-噬菌体特异性捕获沙门氏菌，磁分离富集目标菌；②CuO₂@SiO₂-噬菌体纳米颗粒与捕获的细菌结合，酸处理释放Cu²⁺，还原为Cu⁺催化点击反应；③CuAAC反应促使MNP₃₀-Az与MNP₁₀₀₀-Alk结合，未反应的MNP₃₀-Az作为磁信号探针，其浓度变化通过T₂信号读出。该设计首次整合噬菌体、CuO₂@SiO₂和点击反应，直接通过目标菌浓度调控铜离子催化效率，简化信号传导流程。

图2.表征CuO₂@SiO₂-NH₂纳米颗粒和CuAAC反应介导的MNPs数量变化。

通过原位生长法制备CuO₂@SiO₂-NH₂纳米颗粒，TEM显示其核壳结构（直径240nm，壳厚20nm），内部均匀分布5-10nm的CuO₂纳米点。EDS和XPS证实Cu、Si、O元素均匀分布，氨基修饰后zeta电位由-40.77mV转为+38.47mV，证明修饰成功。酸处理后Cu原子含量从9.23%降至0.48%，验证CuO₂纳米点的释放能力。噬菌体偶联后，纳米颗粒粒径增至547nm，zeta电位转为-37.5mV，且分散性良好，确保与细菌高效结合。

图3.PCuMRS生物传感器分析性能图

FTIR证实MNP₃₀-Az和MNP₁₀₀₀-Alk的功能化成功，点击反应仅在Cu⁺存在时发生，TEM观察到MNP₁₀₀0-CuAAC-MNP₃₀复合物的形成。磁信号分析显示，Cu²⁺浓度在0.05-100μM时，ΔT₂值与log[Cu²⁺]呈线性关系（Y=58.06X+53.99，R²=0.94），LOQ为0.05μM，证明点击反应对磁信号的有效放大。与

图4.PCuMRS生物传感器对鼠伤寒沙门氏菌特异性及真实样品分析。

优化条件后，PCuMRS对沙门氏菌的线性检测范围为10²–10⁷CFU/mL，LOQ80CFU/mL，较未使用点击反应的PMRS传感器灵敏度提升12.5倍。特异性实验显示，对李斯特菌、金黄色葡萄球菌等非目标菌无显著信号响应，仅沙门氏菌组ΔT₂值显著升高，证明噬菌体识别的高特异性。

 本研究构建的PCuMRSbiosensor通过噬菌体特异性捕获、CuO₂@SiO₂纳米颗粒载铜及点击反应信号放大，实现沙门氏菌的快速超灵敏检测。该方法检测限80CFU/mL，线性范围宽，特异性高，在实际食品样品中表现优异，为食源性病原菌检测提供了低成本、高效率的新策略。未来可整合微流控技术开发便携式设备，拓展至其他病原菌检测，推动现场快速检测应用。

 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117188