原位聚合聚多巴胺结合量子点，实现沙门氏菌广谱成像

沙门氏菌是全球主要的食源性致病菌之一，每年造成大量疾病负担和经济损失。传统培养法（如平板计数）是金标准，但耗时过长（通常超过120小时），灵敏度有限。分子方法（如PCR、RAA）和免疫学方法（如ELISA）虽然有所改进，但通常需要复杂的实验室设施、专业人员和耗时的前处理，灵敏度依然不足，且难以覆盖所有沙门氏菌血清型。荧光成像检测是一种更直接、快速的方法，但常规荧光染料缺乏特异性，而特异性高的荧光原位杂交（FISH）又存在操作复杂、灵敏度低的问题。量子点（QDs），特别是钙钛矿量子点CsPbBr₃，因其优异的荧光性能（如高量子产率、色纯度高、易于合成）成为生物检测的理想探针。然而，CsPbBr₃QDs对水、光、热敏感，易导致重金属离子泄漏，限制了其实际应用。用二氧化硅（SiO₂）包覆可有效提高其稳定性，并提供丰富的羟基便于后续修饰。多巴胺（DA）可在有氧条件下自聚形成聚多巴胺（PDA），其具有优异的粘附性和稳定性，其表面富含的邻苯二酚和醌基团可与氨基、巯基等发生共价结合。在酶（如辣根过氧化物酶HRP）催化下，DA的聚合可大大加速。

基于此，本研究旨在整合三大技术：①针对沙门氏菌高度保守外膜蛋白OmpF的广谱单克隆抗体，以实现特异性识别；②酶促催化的PDA原位沉积，在识别后的细菌表面形成功能涂层；③氨基化修饰的稳定CsPbBr₃@SiO₂QDs，作为荧光信号报告分子。该平台旨在克服现有方法在灵敏度、检测广度、操作简便性和速度方面的不足，为沙门氏菌的快速、超灵敏、广谱现场检测提供新方案。

研究内容

图1.广谱单克隆抗体的开发与表征

首先将沙门氏菌外膜蛋白OmpF选作靶点，因其在不同血清型间高度保守，而与大肠杆菌、志贺氏菌等同源蛋白相似性低。通过比对序列和结构，设计了6条多肽抗原用于制备单抗。最终获得两株单抗（SP1和SP3），其中SP3表现出更优的结合特性。SDS-PAGE验证了其高纯度。Westernblot和间接ELISA证实，SP3能特异性识别多种沙门氏菌血清型（如肠炎沙门氏菌、鼠伤寒沙门氏菌），而对金黄色葡萄球菌、单增李斯特菌、肺炎克雷伯菌、大肠杆菌等非目标菌无交叉反应，证明其具备优异的广谱特异性和高亲和力，是理想的生物识别元件。

图2.稳定CsPbBr₃@SiO₂量子点的合成与表征

为增强稳定性，用SiO₂对其进行包覆，形成核壳结构CsPbBr₃@SiO₂。SEM和DLS证实包覆后尺寸略有增加，但形貌和分散性保持良好。FTIR光谱中出现了Si-O-Si键的特征峰，EDX元素映射显示Si信号均匀分布于CsPbBr₃核心周围，证实了成功包覆。重要的是，SiO₂包覆几乎未影响其光学性能：在365nm激发下，CsPbBr₃@SiO₂的荧光发射峰仍保持在521nm，强度损失可忽略。UV-vis吸收光谱也证实了其稳定性。

图3.酶催化PDA在细菌表面的快速沉积

利用生物素-链霉亲和素系统将广谱单抗SP3与HRP偶联，形成抗体-HRP复合物。该复合物特异性结合沙门氏菌后，HRP可催化H₂O₂介导的DA快速聚合，在细菌表面原位沉积形成PDA涂层。优化后H₂O₂浓度为100mmol/L。实验表明，在抗体-HRP复合物和H₂O₂存在下，细菌悬液在20分钟内变为深棕色，而对照组无明显变化。UV-vis光谱在405nm处出现PDA特征吸收峰，且该组吸光度显著高于无细菌或无HRP的对照组。DLS测量显示细菌平均粒径从1151nm增加至1467nm，表明表面形成了约316nm厚的PDA层。

图4.基于PDA/QDs的荧光成像检测平台的构建与性能

PDA层富含的官能团为后续探针结合提供了位点。将上述PDA包被的细菌与氨基化CsPbBr₃@SiO₂QDs孵育，QDs通过共价作用牢固结合在细菌表面。在荧光显微镜下，目标沙门氏菌（经DAPI染核，呈蓝色）呈现明亮的绿色荧光（来自QDs），且两者共定位。对照组（缺失抗体、DA或QDs）均无显著绿色荧光，表明检测特异性高，非特异性吸附可忽略，且PDA自身荧光干扰negligible。定量分析显示，该方法产生的荧光信号强度是传统二抗免疫荧光法的2.7倍，显著提升了检测灵敏度。该抗体平台成功检测了超过14种沙门氏菌血清型，显示出优异的广谱检测能力。

图5.检测灵敏度、定量能力与在实际样品中的应用

该平台可在单细胞水平直接可视化检测沙门氏菌。即使细菌浓度低至约100CFU/mL，仍可在载玻片上可靠检测到少数荧光阳性细菌，展现了超高灵敏度。在PBS中，方法在10^3到10^6CFU/mL范围内具有良好的线性响应（R^2>0.99）。显微镜计数结果与平板计数结果也呈现强线性关系（R^2>0.99），证明了其定量可靠性。在脱脂牛奶、牛肉匀浆液、尿液等复杂实际样品基质中，该平台仍能成功对加标的鼠伤寒沙门氏菌进行荧光标记和成像，尽管基质效应导致荧光信号略有减弱。

本研究成功开发了一种集广谱单克隆抗体、酶促原位PDA沉积和稳定钙钛矿量子点标记于一体的新型荧光原位成像平台，用于沙门氏菌的超灵敏、广谱特异性检测。核心创新在于：1)开发了靶向高度保守OmpF蛋白的广谱单抗SP3，实现了对多种沙门氏菌血清型的特异性识别；2)利用抗体-HRP复合物催化DA在识别后的细菌表面快速聚合形成PDA功能层，该过程仅需20分钟；3)PDA层为氨基化CsPbBr₃@SiO₂QDs提供了丰富的共价结合位点，实现了信号的有效放大与定位，荧光强度较传统方法提升2.7倍。该平台检测限低至约100CFU/mL，线性范围宽（10^3-10^6CFU/mL），并能在单细胞水平直接可视化。在脱脂奶、牛肉、尿液等复杂基质中验证了其稳健的检测性能。整个检测流程仅需约4小时，远快于传统培养法，且灵敏度显著高于常规ELISA。SiO₂包覆有效解决了CsPbBr₃QDs的稳定性与潜在生物毒性问题。该模块化设计平台不仅为沙门氏菌的快速现场筛查提供了强大工具，也为通过更换靶向抗体将其扩展至其他病原体（如细菌、真菌）的检测奠定了基础，在食品安全监控、临床诊断和环境监测领域具有广阔应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2026.112504