无需孵育！新型噬菌体微流控传感器实现沙门氏菌 30 分钟现场快速检测

食源性致病菌引发的食品安全问题仍是全球公共卫生的重大挑战，据统计全球每年约有 6 亿人因食源性疾病患病，42 万人因此死亡，其中沙门氏菌是最主要的致病菌之一。传统的平板计数、PCR、ELISA 等检测方法虽各有优势，但普遍存在耗时久、操作复杂、依赖专业实验室设备等痛点，难以满足现场快速检测的需求。

近日，美国伍斯特理工学院 Yuxiang Liu 团队在《ACS Applied Bio Materials》发表研究成果，开发出一款集成 P22 噬菌体功能化粗糙 PDMS 表面的微流控生物传感器，首次实现了无需孵育的沙门氏菌连续流检测，为食品和水源安全的现场快速筛查提供了全新解决方案。

该技术的核心创新在于巧妙利用了微尺度表面拓扑结构提升检测性能。研究团队通过 12μm 抛光纸模塑法，在 PDMS 基底上构建出平均粗糙度 2.50μm 的微纹理表面，相比光滑 PDMS，其噬菌体固定密度提升了 20 倍，局部区域最高可达 100 个 /μm²。这种粗糙结构不仅增加了有效结合面积，还能在流体中产生微小扰动，延长细菌在传感器表面的停留时间，最终使细菌捕获效率提升 3 倍以上。

图 1：展示了利用 12μm 抛光纸作为模板，通过模塑法制备具有微尺度粗糙表面 PDMS 基底的完整工艺流程，插图为粗糙 PDMS 表面的扫描电镜形貌。

在识别元件选择上，研究团队采用了天然具有高度特异性的 P22 噬菌体。通过等离子体清洗、APTMS 氨基化和戊二醛交联的三步法，将噬菌体稳定固定在 PDMS 表面。实验结果显示，该传感器对肠炎沙门氏菌展现出极强的选择性，在相同浓度下对非目标菌金黄色葡萄球菌的捕获量不足沙门氏菌的 1/10，有效避免了交叉反应。

图 2：定量柱状图对比了不同条件下的细菌捕获量，证实粗糙表面 + 高浓度噬菌体的组合捕获效率最高，且对非目标菌金黄色葡萄球菌无明显结合。

性能测试表明，该传感器的检测限低至 9.15×10³ cells/mL，在 7×10⁴ cells/mL 浓度范围内呈现良好的线性响应（R²=0.98）。最具突破性的是，整个检测过程无需任何孵育步骤，在 0.1mL/min 的连续流条件下，30 分钟内即可通过荧光成像完成定量检测。双通道微流控设计还支持平行实验，大幅提升了检测效率和结果重复性。

图 3：展示了双通道微流控生物传感器的组装结构、实验流路装置，以及特异性验证结果：相同浓度下沙门氏菌的捕获量远高于金黄色葡萄球菌。

与传统方法相比，这款传感器优势显著：无需细菌培养扩增，检测时间从 24-72 小时缩短至半小时；操作流程简单，无需复杂的样本前处理和专业技术人员；噬菌体稳定性强，可耐受更宽泛的环境条件，适合资源有限地区使用。

研究团队表示，目前该技术仍处于实验室原型阶段，下一步将重点解决复杂食品基质的干扰问题，开发多噬菌体固定技术实现多种致病菌同时检测，并集成智能手机便携式荧光成像系统。未来，这款低成本、便携化的检测设备有望广泛应用于食品加工厂、农贸市场、野外水源监测等场景，为食品安全监管提供强有力的技术支撑。

参考文献：Ghavami H, Lambert C R, Drozd J, et al. Phage-Loaded Microfluidic Device for Selective Bacterium Detection with a High Potential for in-the-Field Applications[J]. ACS Applied Bio Materials, 2026.