食品安全检测 “黑科技”：Cu-SA-CN 纳米酶传感器实现致病菌快速精准捕捉

食源性致病菌是全球公共卫生的重大威胁，每年导致数百万人生病并造成巨额经济损失，快速精准检测这类致病菌对保障食品安全至关重要。传统检测方法如平板计数、PCR 和酶联免疫吸附试验虽具备一定准确性，但存在操作复杂、耗时久、成本高等缺陷，难以满足实时检测需求。近日，科研团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究成果，开发出一种基于单原子纳米酶的比色生物传感器，为食源性致病菌检测提供了高效解决方案。

该研究团队通过新型超分子自组装与热解策略，成功制备出锚定在氮化碳上的铜单原子纳米酶（Cu-SA-CN）。这种纳米酶的铜负载量高达 24.1 wt%，其核心活性位点为原子级分散的 Cu-N₃结构，能高效催化过氧化氢生成活性氧（ROS），其中超氧阴离子是主要活性物种。相较于传统纳米酶，Cu-SA-CN 展现出卓越的过氧化物酶样活性，其最大反应速率达 51.4×10⁻⁸ M・s⁻¹，对底物的亲和力优于天然辣根过氧化物酶，且具备出色的长期稳定性，在室温下储存 45 天后仍能保持 85% 以上的催化活性。

图 1：通过 XRD、FT-IR、氮吸附 - 脱附及 XPS 光谱，表征 Cu-SA-CN 的晶体结构、表面官能团和元素价态。

基于 Cu-SA-CN 的优异性能，研究团队构建了双抗体夹心免疫磁比色生物传感器。该传感器利用磁珠实现目标菌的富集分离，再通过 Cu-SA-CN 的催化作用放大信号，以 3,3',5,5'- 四甲基联苯胺（TMB）为显色底物，通过溶液颜色变化实现对鼠伤寒沙门氏菌的定量检测。实验结果显示，该传感器的检测线性范围为 3.8×10¹-3.8×10⁶ CFU・mL⁻¹，检测限低至 12.7 CFU・mL⁻¹，远优于多数已报道的比色传感器。

图 2：借助 XANES、EXAFS 及小波变换分析，明确 Cu-SA-CN 中 Cu 以 Cu-N₃配位形式原子级分散。

在特异性测试中，该传感器对大肠杆菌、单核细胞增生李斯特菌等非目标菌的响应信号微弱，仅对鼠伤寒沙门氏菌表现出强特异性识别能力，抗干扰性能突出。为验证实际应用价值，研究团队在鸡肉样品中进行加标回收实验，回收率介于 83.35%-118.60% 之间，相对标准偏差低于 13.41%，检测结果与传统平板计数法高度吻合，证明其在复杂食品基质中仍能保持良好的准确性和精密度。

图 3：呈现 Cu-SA-CN 对 TMB/ABTS/OPD 的催化显色效果，及以 H₂O₂和 TMB 为底物的米氏动力学曲线。

这项研究不仅提出了一种高效制备高负载量单原子纳米酶的新策略，解决了传统纳米酶原子利用率低、催化性能有限的难题，还构建了高灵敏度、高特异性的食源性致病菌检测平台。该传感器操作简便、响应快速，无需复杂仪器，在食品生产、流通等环节的安全检测中具有广阔应用前景。未来，该技术有望进一步拓展至其他致病菌的检测，为食品安全保障提供更有力的技术支撑，推动纳米酶在生物传感领域的产业化应用。

参考文献：Guo F, Lei H, Yang Q, et al. Single-Atom Cu nanozyme anchored on carbon nitride with enhanced peroxidase-like activity for colorimetric detection of foodborne pathogens[J]. Journal of Hazardous Materials, 2026: 141108.