埃及研发新型天然智能包装膜 实现草莓致病菌与重金属裸眼快速检测

大肠杆菌作为食源性疾病的主要致病菌之一，其快速精准检测对保障食品安全和公共健康至关重要。传统检测方法往往存在流程繁琐、耗时久、灵敏度不足等问题，且常规裂解技术易引入扩增抑制剂或损伤核酸，影响检测准确性。尤其当大肠杆菌进入活的非可培养（VBNC）状态时，传统培养法难以检出，给食品安全防控带来挑战。因此，开发集成化、快速高效的检测技术成为该领域的研究热点。

此次研发的微流控生物芯片采用 “样品进 - 结果出” 的一体化设计，核心包含电穿孔裂解区和核酸扩增检测区两大功能模块。芯片以聚二甲基硅氧烷（PDMS）、银浆叉指电极和石英玻璃为主要材料，通过丝网印刷技术制备的银浆叉指电极，能在低电压（20 V）下显著增强电场强度，诱导细菌细胞膜形成不可逆电穿孔，实现高效裂解的同时避免核酸过度加热损伤。这种物理裂解方式无需添加化学试剂，既简化了流程，又消除了化学抑制剂对后续扩增的干扰，裂解效率高达 95.8%，远优于传统试剂裂解法。

图 1：对比对照组、试剂裂解法与电解法处理后大肠杆菌的扫描电镜图像及平板培养结果。

芯片的检测流程全程自动化，无需复杂人工操作。样品注入裂解腔室后，电极施加 20 V、100,000 Hz 的脉冲交流电压，20 秒内即可完成细菌裂解；随后磁珠在磁场驱动下，依次完成核酸吸附、洗涤纯化和洗脱，最终在扩增腔室中通过 qPCR 技术实现核酸扩增与荧光检测。整个过程在封闭环境中进行，有效避免了样品污染和气溶胶风险，且芯片体积小巧、成本低廉，适合批量生产和现场检测。

图 2：通过 SYTO9-PI 染色观察大肠杆菌电解前后的死活状态，并用荧光强度分析裂解效果。

性能测试显示，该芯片对不同浓度大肠杆菌（50-10,000 CFU/μL）均能清晰区分荧光信号，线性响应良好。在实际样品检测中，其检测灵敏度和准确性均优于传统试剂裂解法，且检测时间从传统方法的数小时缩短至 30 分钟，大幅提升了检测效率。此外，芯片采用的银浆叉指电极制备工艺简单，电场分布均匀，配合磁珠介导的核酸提取技术，进一步保障了检测的稳定性和可靠性。

图 3：测试不同浓度大肠杆菌的检测性能，含荧光信号响应、线性关系及琼脂糖凝胶电泳验证结果。

该集成微流控生物芯片兼具设计简洁、灵敏度高、检测快速、成本低廉等优势，不仅适用于大肠杆菌的常规检测，未来经进一步优化后，还可拓展至多靶点检测，适配医疗机构、食品安全监测、家庭自检等多种场景。研究团队表示，后续将重点验证该系统对 VBNC 状态大肠杆菌的检测性能，以满足复杂环境样品的检测需求，为微生物鉴定、疾病诊断等领域提供更便捷高效的技术支持。

参考文献:Cheng J, Pan Z, Sun R, et al. Integrated Microfluidic Biochip with Electrolytic Lysis Module for Rapid Detection of Escherichia coli[J]. Talanta, 2026: 129508.