一、研究背景：细菌检测的双重挑战

在饮用水安全、食品加工及环境监测领域，致病菌（如大肠杆菌O157:H7）与总菌群数量的同步评估至关重要。传统检测方法面临两大瓶颈：

1. 总菌群检测缺乏广谱识别工具，依赖培养法（24-72小时）或高端设备（如流式细胞仪）；

2. 致病菌快检试纸条（LFA） 需针对不同病原体重新制备抗体，耗时且成本高。

广西医科大学贺圣宾团队在《Analytica Chimica Acta》发表研究，提出基于生物素-链霉亲和素系统的通用型侧向层析技术，同步攻克上述难题。

二、技术原理：巧用细菌表面标记实现广谱捕获

核心创新点

• 非特异性标记：利用水溶性试剂Sulfo-NHS-生物素与细菌表面脂蛋白高效结合（10 mg/mL浓度孵育20分钟），实现所有菌种的广谱标记（图2d-e验证）。

图1 细菌的生物素化及金纳米颗粒（AuNP）与链霉亲和素的偶联。（a1-a5）经链霉亲和素 - Alexa Fluor 647-R - 藻红蛋白（Str-AF647-R-PE）染色后，生物素化细菌的流式细胞术（FCM）直方图。所用细菌通过不同浓度（0.1~20 mg/mL）的磺基 - N - 羟基琥珀酰亚胺 - 生物素（sulfo–NHS–biotin）进行生物素化处理。（b）sulfo–NHS–biotin 浓度对细菌生物素化效果的影响。（c）孵育时间对细菌生物素化效果的影响。（d–e）细菌生物素化（e）与未生物素化（d，原文 “(c)” 为笔误）的代表性荧光图像。生物素化处理条件为：采用 10 mg/mL 的 sulfo–NHS–biotin 与细菌孵育 20 分钟。（j–k）链霉亲和素与 AuNP 偶联反应的 pH 值（j）及链霉亲和素浓度（k）优化结果。若 AuNP 表面偶联的链霉亲和素分子不足，会在 10% 氯化钠（NaCl）溶液中发生沉淀，导致颜色变浅。（l）链霉亲和素偶联 AuNP 的分光光度计分析结果。注：针对（b）、（c）及（f–k）的数据，均进行了三次独立实验，结果以平均值 ± 标准差（mean±SD）表示，样本量 n=3。

• 通用检测平台：链霉亲和素（Str）修饰金纳米粒子（AuNP）作为信号报告分子，并在试纸条检测线固定Str，通过生物素-Str高亲和力结合捕获标记菌（图1）。 

图2 基于生物素化的总菌检测侧流分析示意图

三、性能验证：灵敏度、广谱性与实际应用

1. 总菌群检测

• 灵敏度：对5类细菌（乳酸杆菌、铜绿假单胞菌等）的检测限达 10⁴ CFU/mL，通过灰度分析实现半定量。

图3 所研发侧流分析（LFA）试纸条的测试结果。（a1-e1）干酪乳杆菌（L. casei）、铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）、大肠杆菌 DH5α（E. coli DH5α）、鲍曼不动杆菌（A. baumannii）及金黄色葡萄球菌（S. aureus，原文 “S. curetus” 为笔误）的测试结果照片，菌株浓度范围为 0.5×10⁴~50×10⁴ 菌落形成单位 / 毫升（cfu/mL）。其中，T 代表检测线（test line），C 代表质控线（control line）。（a2-e2）上述样品中，检测线条带平均强度随细菌浓度变化的响应曲线。针对（a2-e2）的数据，共开展三次独立实验，结果以平均值 ± 标准差（mean±SD）表示，样本量 n=3。

• 实际水样测试：成功检测池塘水、废水中总菌群，结果与流式细胞术一致，且显著高于培养法，证实对非可培养细菌的有效捕获。

图4 所研发侧流分析（LFA）试纸条对实际样品的测试结果。（a）来自三个不同地点的自来水、池塘水及废水样品的测试结果照片。（b）平板计数法、所研发侧流分析（LFA，原文 “FLA” 为笔误）与流式细胞术（FCM）三者测试结果的对比。每种方法均开展三次独立分析，数据以平均值 ± 标准差（mean±SD）表示，样本量 n=3。

2. 致病菌特异性检测

• 免试纸条重构：将致病菌特异性抗体预先与生物素偶联，沿用同一试纸条平台即可实现大肠杆菌O157:H7的特异性识别（图5a），检测限达 2×10³ CFU/mL（图5c-d）。

• 高选择性：对9类相近菌种（如粪肠球菌、金黄色葡萄球菌）无交叉反应（图5e-f）。

图5 基于生物素化的侧流分析（LFA）用于致病菌检测。（a）该侧流分析（LFA）的原理示意图。（b）通过生物素偶联抗大肠杆菌 O157:H7 抗体，实现对大肠杆菌 O157:H7 的特异性生物素化。生物素化后的细菌用链霉亲和素 - Alexa Fluor 647-R - 藻红蛋白（Str-AF647-R-PE）进行染色，随后采用流式细胞术（FCM）进行红色荧光分析。（c）大肠杆菌 O157:H7 的测试结果照片，其浓度范围为 0.5×10³~50×10³ 菌落形成单位 / 毫升（cfu/mL）。（d）检测线条带平均强度随大肠杆菌 O157:H7 浓度变化的响应关系。（e-f）所开发的侧流分析（LFA）对浓度为 2×10³ cfu/mL 的大肠杆菌 O157:H7 相对于参比菌的选择性。其中，参比菌的浓度为 1×10⁶ cfu/mL。注：针对（b）、（d）和（f）的数据，均进行了三次独立分析，结果以平均值 ± 标准差（mean±SD）表示，样本量 n=3。

四、技术优势与行业价值

1. 突破性创新：

   • 首次通过生物素化策略解决LFA广谱检测难题；

   • 同一平台兼容总菌群与致病菌检测，无需重构试纸条。

2. 实用性能：

   • 20分钟完成标记 + 10分钟读出结果；

   • 设备需求极简（仅需离心机），成本低于传统方法。

3. 应用场景：

   • 水质实时监测（废水、饮用水）；

   • 食品生产线卫生控制；

   • 疫情暴发时致病菌现场快筛。

五、展望：迈向绿色检测技术

该研究被期刊评为"兼具经济性与环保性的科学解决方案（frugal and green science）"。未来可通过优化纳米信号材料（如荧光/磁性标记）进一步提升灵敏度，推动其在资源有限区域的普及。

参考文献：

Cao Y, Chen Y, Zhang X, et al. Biotinylation-based lateral flow assays for pathogenic and total bacteria detection[J]. Analytica Chimica Acta, 2025, 1338: 343607.