便携式光子免疫传感器：革新牛奶中病原菌快速检测的新技术

牛奶作为日常重要食品，其安全性备受关注。病原菌如鼠伤寒沙门门氏菌（Salmonella typhimurium）和大肠杆菌O157:H7（Escherichia coli O157:H7）是常见的污染源，可导致严重食源性疾病。传统检测方法如培养法、PCR和ELISA虽可靠，但耗时长达24小时以上，难以满足实时监控需求。近年来，生物传感器技术迅速发展，其中光学免疫传感器以其高灵敏度和快速响应脱颖而出。本文基于Kourti等人于2026年发表在《Food Control》的研究，介绍一种新型便携式光子免疫传感器，该传感器能同时检测牛奶中的鼠伤寒沙门门氏菌和大肠杆菌，检测限低至45 cfu/mL和125 cfu/mL，且整个 assay 仅需15分钟，为食品安全领域提供了突破性解决方案。

该传感器的核心基于Mach-Zehnder干涉仪（MZI）原理，集成在硅芯片上。芯片包含两个U形氮化硅波导，分别功能化有鼠伤寒沙门门氏菌和大肠杆菌的脂多糖（LPS）作为识别元素。传感器设计巧妙，一端通过分叉光纤耦合白光LED和光谱仪，另一端传感窗口可直接浸入样品溶液，省去了微流体或泵系统，简化了操作并降低了成本。系统工作时，光信号通过波导产生干涉谱，经快速傅里叶变换（FFT）实时监测相位变化，从而定量细菌浓度。

图1 用于细菌检测的所提出的免疫传感器的系统原理图。

研究团队通过优化抗体选择（如鼠伤寒沙门门氏菌采用兔多克隆抗体，大肠杆菌采用山羊多克隆抗体）和 assay 参数（如5分钟主免疫反应和30分钟预孵育），实现了高特异性检测。传感器在牛奶样品中表现出优异性能：线性范围达10^2-10^7 cfu/mL，且通过8小时预富集可实现单细胞检测。重复性实验显示， intra-assay 变异系数低于6%， inter-assay 低于10%，回收率在87.5%-112%之间，符合欧盟法规要求（如EC No 2073/2005）。

图2 便携式传感器系统实物及测量界面。（a）便携式系统（中）、分光光度计和光源（右）以及浸入微孔板孔中的光子免疫传感器（左）的图像。（b）测量过程中 PC 屏幕的截图，显示所有马赫-曾德尔干涉仪的组合透射光谱（右上部分）、应用快速傅里叶变换后对应于两个芯片传感器的两个峰值（左上部分）以及传感器的实时响应（下部）。 

与现有光学免疫传感器（如SPR、SERS）相比，该传感器在灵敏度、 assay 速度和便携性上具有优势。例如，SPR技术需复杂仪器和长 assay 时间，而本传感器仅需浸入式操作，芯片可重复使用10次，大幅降低了检测成本。此外，传感器通过酸碱再生 protocol（如50 mM HCl和NaOH处理）实现了多次循环使用，增强了实用性。

图3 用于检测牛奶中细菌的浸入式免疫传感器的竞争免疫测定步骤示意图。 

总之，这种便携式光子免疫传感器不仅提升了牛奶安全的监控效率，还为其他食品基质中的病原菌检测提供了参考。其紧凑设计、高灵敏度和快速响应使其有望在食品工业和监管机构中广泛应用，助力预防食源性疾病爆发。

参考文献：Kourti D, Angelopoulou M, Makarona E, et al. Portable photonic immunosensor for the simultaneous detection of Escherichia coli and Salmonella typhimurium in milk samples[J]. Food Control, 2025: 111944.