食源性疾病严重威胁全球公共卫生与食品安全，其中食源性致病菌是主要致病源，可引发肠胃炎、发热甚至死亡，因此精准便捷的检测至关重要。传统微生物培养法虽准确，但耗时费力且依赖专业人员；基于纳米材料的“锁钥式”传感方法虽特异性强，却存在灵敏度不足、仅能“一对一”检测的局限，难以满足复杂样品需求。

纳米酶兼具酶催化活性与纳米材料特性，因高催化效率、稳定性好、成本低等优势，在致病菌检测领域潜力巨大。其可通过催化生成自由基加速底物显色，实现信号放大提升灵敏度，且纳米酶传感器阵列能通过差异化相互作用生成“指纹图谱”，结合多元统计分析实现多目标识别。此外，纳米酶还具备抗菌性能，尤其银基纳米酶可产生活性氧（ROS）对抗细菌，且不易引发耐药性。

然而，现有纳米酶多聚焦单一功能，缺乏集检测、识别、灭活于一体的多功能材料。基于此，本文设计制备Ag/Mn₃O₄纳米酶，旨在构建“三位一体”的食品致病菌防控体系，解决现有技术的功能单一、适用性有限等问题。

方案1利用模拟氧化酶的Ag/Mn₃O₄纳米酶对食源性致病菌进行比色测定(A)、精确鉴定(B)和广谱失活(C)。

研究内容

图1.Mn₃O₄及Ag/Mn₃O₄的合成表征

采用溶剂热法先制备Mn₃O₄，再经NaBH₄还原法负载Ag得到Ag/Mn₃O₄纳米酶。TEM显示Mn₃O₄为八面体结构（平均粒径200nm），Ag均匀附着于其表面；XRD证实Mn₃O₄（PDF#24-0734）与Ag（PDF#04-0783）的特征晶面，元素mapping显示Mn、O、Ag分布均匀。XPS分析表明Ag以Ag⁺形式存在，Mn包含Mn²⁺/Mn³⁺/Mn⁴⁺（利于催化），O元素存在Mn-O、Mn-O-C等键型。ICP-MS测定Ag和Mn浓度分别为507.72mg/g和217.19mg/g，上述表征均证实Ag/Mn₃O₄纳米酶成功合成，且结构稳定、成分均一。

图2.Ag/Mn₃O₄的类氧化酶活性

以TMB为底物验证氧化酶活性，UV-Vis光谱显示Ag/Mn₃O₄+TMB体系在652nm处有明显吸收峰（对应氧化态TMB），单独Ag/Mn₃O₄或TMB无此峰；EPR检测到超氧阴离子自由基（–O₂⁻）信号，证实其通过催化O₂生成–O₂⁻加速TMB显色。优化实验表明，反应12min达平衡，pH4.0、25℃时催化活性最优。稳态动力学计算得Vmax=6.93×10⁻⁸mol–L⁻¹–s⁻¹、Km=0.06mmol–L⁻¹，与已报道锰基纳米酶相比，其对底物亲和力更强、催化速率更快，氧化酶活性更优异。

图3.食源性致病菌的比色法测定

利用致病菌对Ag/Mn₃O₄氧化酶活性的抑制作用实现显色检测。向Ag/Mn₃O₄+TMB体系加入6种致病菌（金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌等）后，652nm处吸光度显著下降，且革兰氏阳性菌抑制作用强于革兰氏阴性菌（因表面电荷差异导致静电作用强度不同）。浓度梯度实验显示，6种致病菌浓度（10²-10⁷CFU/mL）与吸光度呈良好线性关系（R²≥0.981），检测限低至3.1-12.3CFU/mL。实际样品（猪肉、蛋糕、牛奶）加标回收实验中，回收率97.14%-106.25%，与传统平板计数法结果一致，证实方法准确可靠。

图4.食源性致病菌的精确鉴定

构建Ag/Mn₃O₄基比色传感器阵列，结合PCA和层次聚类分析（HCA）实现致病菌识别。提取不同时间点（2-20min）的吸光度数据生成“指纹图谱”，PCA结果显示6种致病菌在二维图中形成独立聚类，无重叠；HCA将其分为三类（革兰氏阴性菌、中度抑制革兰氏阳性菌、强抑制革兰氏阳性菌），与抑制作用规律一致。低浓度（4.3×10²-10³CFU/mL）时部分菌存在接近，但高浓度（≥4.3×10⁴CFU/mL）时识别效果优异。此外，该阵列还能准确识别二元混合菌（如金黄色葡萄球菌+其他菌）和多元混合菌，证明其在复杂样品中具有强识别能力。

本研究成功制备具有优异氧化酶模拟活性的Ag/Mn₃O₄纳米酶，实现食品致病菌“测定-识别-灭活”三位一体功能。显色测定方面，对6种致病菌检测限低至3.1CFU/mL，实际样品回收率理想；精确识别上，结合PCA/HCA的传感器阵列可区分单一菌、混合菌及不同浓度菌；宽谱灭活则依赖–O₂⁻实现高效抗菌，且对实际食品保鲜有效。该纳米酶克服传统方法功能单一、操作复杂的缺陷，为食品安全领域致病菌防控提供了高效、多功能的新工具，具有重要实用价值与推广前景。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.141620