中空菱形十二面体 Ag 颗粒助力！新型 SPCE 传感器实现大肠杆菌快速现场检测

传统水传播致病菌检测中，粪便大肠菌群检测需 24 小时以上，聚合酶链式反应（PCR）、酶联免疫吸附试验（ELISA）等技术虽精准但操作复杂、成本高，且需专业人员操作；现有生物传感器多依赖外部氧化还原探针，或孵育时间长达数小时，难以满足现场快速筛查需求。针对这些问题，研究团队创新采用电沉积技术，在 SPCE 工作电极表面构建独特的中空菱形十二面体 Ag 颗粒 —— 通过计时电流法（CA）优化参数，以 3mM 硝酸银（AgNO₃，0.1M 硝酸钾为支持电解质）为原料，在 - 1.2V 电压下沉积 180 秒，最终获得平均尺寸 1.5μm、高比表面积的中空菱形十二面体结构。这种 Ag 颗粒兼具双重功能：既是 E. coli 特异性适体的固定平台，又能通过自身氧化产生电化学信号，无需额外添加氧化还原探针。

传感器制备过程中，团队将巯基修饰的 88-mer E. coli 特异性适体（源自 Kim 等人研究，对 E. coli ATCC 8739 菌株亲和力高）通过 Ag-S 化学键固定于 Ag 颗粒表面：先以三 (2 - 羧乙基) 膦（TCEP）还原适体巯基，加入 Mg²+ 维持其三维构象，再将适体溶液滴涂于 Ag-SPCE 表面，4℃干燥 24 小时；随后用 0.5% 牛血清白蛋白（BSA）封闭非特异性结合位点，经 PBS 清洗后，构建出 BSA - 适体 - Ag-SPCE 传感器。其检测原理基于 “细菌 - 适体结合阻碍 Ag 氧化”：当 E. coli 与适体特异性结合后，细菌表面负电荷（源于脂多糖）会阻碍电子转移，抑制 Ag 氧化，导致差分脉冲伏安法（DPV）在 + 0.05V 处的 Ag 氧化峰电流下降，通过电流变化（ΔI）实现 E. coli 定量检测。

图1：示意 SPCE 修饰（中空菱形十二面体 Ag 电沉积、适体固定、BSA 封闭）及 E.coli 检测（15 分钟孵育 + DPV）流程。

图 2：Ag-SPCE 的 EDS mapping（Ag 红色分布）及谱图（碳、Ag 特征峰）

实验数据显示，该传感器性能优异：在 50-10⁶ cfu/ml 的 E. coli 浓度范围内，ΔI 与浓度对数呈强线性相关（回归方程 ΔI=4.84logC+10.5，R²=0.988），最低检测限（LOD）达 50cfu/ml，孵育时间仅 15 分钟 —— 远快于噬菌体传感器（6 小时）、传统适体传感器（2.6 小时）。选择性测试中，对粘质沙雷氏菌、蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等 5 种非目标菌无明显电流响应；4℃保存 4 周后，检测 10⁶ cfu/ml E. coli 的电流信号波动仅 0.3%，稳定性突出。在加标自来水样品验证中，传感器的相对标准偏差（RSD）为 4.98%，误差 ±4%，证实其在实际水样中仍具备高准确性。

图 3：不同 E.coli 浓度（0-10⁶ cfu/ml）的 DPV 信号（a）及 ΔI - 浓度对数回归图（b，R²=0.988）

相较于现有技术，该传感器优势显著：SPCE 为一次性电极，避免重复使用导致的误差；Ag 颗粒直接电沉积无需化学还原，简化制备流程；无需外部氧化还原探针，降低检测复杂度。其不仅可用于饮用水、食品加工用水中 E. coli 的快速筛查，还为其他致病菌检测提供了 “特异性适体 + 金属颗粒电沉积” 的通用技术框架，在公共卫生监测、食品安全管控等领域具有重要应用价值。

参考文献：Dabhade A H, Kumawat A S, Paramasivan B, et al. Hollow Rhombic Dodecahedron Ag Particles Decorated Electrochemical Aptasensor for Rapid and Onsite Detection of E. coli[J]. Electrochimica Acta, 2025: 147505.