食源性病原体对公众健康构成严重威胁，2019年的研究显示，1370万例感染死亡病例中有770万与致病菌相关，其中单核细胞增生李斯特菌作为常见革兰氏阳性食源性病原体，具有高发病率和死亡率。传统检测方法如聚合酶链式反应和培养平板法已较为成熟，短期内难以有重大技术突破，因此研究人员转向开发CRISPR-Cas、比色法、荧光法等新型检测方法。考虑到实际样品中食源性病原体丰度低且基质可能影响检测准确性，预处理技术被引入检测流程，磁分离技术因操作简便、耗时短和适用性广而受到关注。

在识别分子开发方面，与抗体相比，抗生素作为致病菌识别分子具有性质稳定和易获得的优势。Doripenem（DRP）作为碳青霉烯类抗生素，对细菌细胞膜上的青霉素结合蛋白（PBPs）有高亲和力，可干扰PBPs正常酶活性，抑制细菌细胞壁合成。将DRP修饰在磁珠表面有望实现细菌捕获，而探究DRP与PBPs的结合机制及评估磁珠-DRP的捕获性能，有助于开发基于抗生素的非靶向磁分离技术。

此外，将磁分离技术引入生物传感器可构建高灵敏度检测方法。基于纳米酶催化信号放大的分析方法已广泛应用于有害物质的生物传感，通过调节纳米酶的组成、结构、手性和配位环境等可合理设计具有理想催化活性的纳米酶。其中，价态调节是调节催化活性的有趣工作，引入金属纳米颗粒到具有类酶活性的材料中可诱导活性中心原子的电子转移，改变其价态，即电荷转移工程，这为提高纳米酶催化性能和放大检测信号提供了可能。

方案1.研制的单核增生乳杆菌生物传感器示意图。

研究内容

图1.MBs-DRP的表征

通过经典的碳二亚胺反应将DPR与商用磁珠偶联，制备具有识别能力的MBs-DRP，并通过流体力学直径、Zeta电位、FT-IR和SEM对其形貌和结构进行表征。修饰DRP后，平均流体力学直径从223.4nm（MBs）增加到283.7nm（MBs-DRP），PDI值小于0.39，Zeta电位从-30.8mV移至-33.9mV，表明DRP成功修饰。FT-IR光谱中590cm⁻¹峰与商用羧化Fe₃O₄磁珠的Fe-O伸缩振动有关，1150cm⁻¹峰代表DRP的S=O伸缩振动，1315cm⁻¹和1645cm⁻¹峰分别归因于DRP的C-S和C=C伸缩振动，3450cm⁻¹峰归因于DRP的醇羟基和商用羧化Fe₃O₄磁珠的O-H伸缩振动，进一步验证了MBs-DRP的成功修饰。

分子对接分析显示，DRP与李斯特菌PBPs的识别主要通过疏水相互作用和氢键完成，结合能低，表明结合稳定，DRP有望作为识别分子用于食品和环境样品中细菌的鉴定。

图2.新层Ti₃C₂MXene的合成

采用LiF/HCl蚀刻法合成少层Ti₃C₂MXene，通过SEM、TEM、XRD、XPS和Zeta电位等方法对MXene-Hemin-Au的结构和形貌进行表征。MXene粉末呈预期的少层形貌，XRD中（002）峰的小角度位置进一步表明合成的MXene为少层，原子力显微镜测量显示MXene的厚度约为1.35nm，有利于在MXene表面进行还原反应并提高复合材料的稳定性。还原Au后，Au在MXene-Hemin的表面和边缘还原，其特征峰与标准卡高度一致，表明Au成功还原在MXene-Hemin表面。

图3.MXene-Hemin-Au的表征

XPS和催化动力学分析表明，Au的加入导致Fe的电子转移，改变了Fe的价态分布，MXene-Hemin-Au₅₀中Fe(II)和Fe(III)的比例最高，表现出最大的POD样活性，证实了电荷转移工程在提高纳米酶催化性能中的作用

图4.MXene-Hemin-Au的催化活性。

POD样活性是影响后续检测灵敏度的重要因素，当TMB、H₂O₂和MXene-Hemin-Au共存时才会发生显色反应，表明MXene-Hemin-Au具有POD样活性，且与MXene、MXene-Au和MXene-Hemin相比，MXene-Hemin-Au表现出最佳的催化活性。电子自旋共振和DFT计算表明，Au的加入不仅有助于稳定H₂O₂的吸附，还显著降低了催化反应的热力学能垒，这可能是由于Au将Hemin中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，从而提高了POD样活性。

图5.生物传感器的参数优化及分析性能

建立了基于MBs-DRP和MXene-Hemin-Au@mAb的生物传感器用于李斯特菌的电化学检测，优化了关键参数。结果表明，MXene-Hemin-Au在pH=4.0的NaAc-HAc缓冲液中表现出最佳的POD样活性，产生的DAP电流最大；pH=7的PBS因峰值电流最大而被选择；标记时间30min和催化时间15min被选为后续实验条件。

在最佳条件下，该生物传感器对李斯特菌浓度在10¹-10⁶CFU/mL范围内的响应电流建立了线性关系，线性方程为Y=0.406X+0.461，LOD=2.3×10¹CFU/mL。与已报道的工作相比，该策略具有令人满意的分析性能，这可能归因于DRP修饰的磁珠与李斯特菌PBPs的高亲和力以及电荷转移工程构建的MXene-Hemin-AuPOD样纳米酶的优异催化活性。

本文成功开发了一种高灵敏度的生物传感器，将基于DRP的磁分离技术与MXene-Hemin-Au相结合。由于DRP与PBPs的高亲和力，MBs-DRP在实际样品中实现了对李斯特菌的高效分离，CEs>80%。同时，从电荷转移工程角度构建的POD样MXene-Hemin-Au表现出良好的催化活性调节。特别是，MXene-Hemin-Au@mAb可用于李斯特菌的高灵敏度和高选择性生物传感，LOD为2.3×10¹CFU/mL，在实际样品中回收率为91.19%-102.98%，适用性令人满意。结果表明，基于DRP的磁分离技术在预处理方面具有广阔的应用前景，电荷转移工程可能是合理设计纳米酶的潜在策略，该策略为应对致病菌检测挑战提供了新的思路。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.141495