Chinese Chemical Letters：聚多巴胺沉积结合钙钛矿量子点，实现沙门氏菌超灵敏原位成像检测

沙门氏菌仍然是食品安全监测中最棘手的病原之一，尤其在肉类、乳制品和即食样品中，一旦发生低水平污染，传统培养方法往往需要较长时间才能完成确认，难以及时支撑现场处置。本研究围绕“更快、更灵敏、同时兼顾广谱识别”的目标，提出了一种原位成像检测策略：先利用特异抗体把信号放大反应精准锚定在细菌表面，再通过聚多巴胺快速沉积和钙钛矿量子点荧光读出，把单个细菌转化成可直接观察的高亮信号。

整个平台的关键不只是引入量子点，而是把识别、沉积和成像三步做成了同一个细胞表面的连续事件。本研究选择沙门氏菌外膜蛋白 OmpF 作为抗体设计靶点，并通过序列比较证明该蛋白在主要沙门氏菌血清型间具有较高保守性。进一步的结构分析显示，OmpF 外膜暴露环区中存在可用于抗原设计的多个特异位点，这为后续获得兼具特异性和较广适用范围的单克隆抗体提供了基础。

图1. 沙门氏菌识别抗体的设计与表征。（a）沙门氏菌 OmpF 与高同源菌种 OmpF 的序列比较。（b）OmpF 蛋白结构分析，标出 7 个可作为特异抗原位点的外膜环区 L1-L7 及其在蛋白结构中的位置，不同颜色表示不同环区。（c）经 protein G 纯化后的 SP1 和 SP3 单克隆抗体电泳结果。（d）相关抗体验证结果。

在信号材料构建方面，本研究制备了 CsPbBr₃ 及其 SiO₂ 包覆纳米颗粒。包覆后的 CsPbBr₃@SiO₂ 在形貌、粒径和光学稳定性上更适合进入后续生物检测流程，为细菌表面成像提供了稳定而明亮的荧光输出。与单纯追求“量子点更亮”不同，本研究把这一材料放在整个免疫沉积体系中考察，目标是保证在复杂样品中依然能得到低背景、高对比度的单细胞读出。

真正拉开灵敏度差距的是聚多巴胺在细菌表面的快速沉积机制。研究结果表明，抗体-HRP 复合物在特异识别沙门氏菌后，可迅速诱导聚多巴胺在细胞壁表面形成沉积层，使目标细菌从普通明场下难以分辨的微小颗粒，转变为容易识别的深色信号实体。随后再结合量子点标记，就把“是否有菌”转化为可直接成像的荧光差异。这种思路的好处在于，信号放大发生在细菌原位，而不是依赖大量洗涤后保留的弱荧光。

图2. 聚多巴胺在细菌表面的超快速沉积过程。（a）聚多巴胺沉积于沙门氏菌表面的原理示意图：抗体-HRP 复合物特异识别沙门氏菌后，聚多巴胺迅速沉积在其细胞壁表面。（b）细菌表面聚多巴胺包覆结果及普通细菌与聚多巴胺包覆细菌的明场图像，深色菌悬液显示聚多巴胺沉积。比例尺为 10 μm。（c）相关定量分析结果。

在特异性验证中，本研究将实验组与多种阴性对照进行比较，包括缺少抗体、缺少多巴胺以及替换为其他菌种等条件。荧光显微成像显示，只有在完整识别体系且目标为沙门氏菌时，才会出现显著增强的荧光信号；其余对照组都维持较低背景。对应的荧光强度统计差异达到极显著水平，说明该平台并非依靠非特异颗粒吸附产生假阳性，而是确实建立在“抗体识别 + 原位沉积 + 量子点读出”的连续机制之上。

更有应用意义的是，这种成像平台并没有停留在理想缓冲液条件，而是直接被推进到真实样品中。本研究在尿液、脱脂奶和牛肉基质中测试了不同浓度沙门氏菌，结果显示，随着菌浓度降低，图像信号逐步减弱，但在主要测试区间内仍可保持可分辨的成像输出和稳定的荧光统计差异。这说明该方法对复杂基质具有较好的适应性，不会因为样品中的蛋白质、脂肪或其他干扰成分而完全丧失识别能力。

图3. 不同条件下鼠伤寒沙门氏菌的荧光显微成像结果。（a-e）通过与多种阴性对照比较验证成像特异性，包括缺少抗体或多巴胺以及替换为不同菌种等情况。比例尺为 10 μm。（f）对应荧光强度统计直方图。

从检测效率角度看，本研究还专门把整个平台与传统培养法进行了流程和时间比较。结果表明，这种基于聚多巴胺沉积和量子点成像的方案显著压缩了分析周期，更适合用于食品现场的快速预警。对于高风险样品而言，能够更早在单细胞层面发现污染迹象，往往比单纯追求培养终点计数更有现实价值。

图4. 不同类型真实样品中的成像结果与检测限分析。（a-d）尿液、脱脂奶和牛肉等真实样品中不同浓度细菌的成像图像。（e）不同荧光强度对应的统计结果。

总体来看，本研究的核心贡献在于把广谱单克隆抗体设计、细菌表面快速聚多巴胺沉积以及 CsPbBr₃@SiO₂ 量子点成像三者有效耦合，形成了一个面向沙门氏菌的原位可视化检测平台。它既不是传统意义上依赖培养扩增的慢速方法，也不是单纯依赖弱荧光标记的低对比度成像，而是通过表面沉积把单菌信号显著放大，再借助量子点实现高亮读出。对于食品样品中的低丰度污染识别，这种策略展现出很强的应用潜力。

综上所述，本研究开发了一种结合聚多巴胺沉积和 CsPbBr₃@SiO₂ 量子点的沙门氏菌原位成像检测方法。该平台以 OmpF 为识别靶点构建单克隆抗体，在单细胞层面实现了对沙门氏菌的快速、特异和高对比度识别，并在尿液、脱脂奶和牛肉等复杂样品中完成了验证。随着后续在更多食品基质和实际污染场景中的扩展，这一策略有望成为食品安全现场预警和快速筛查的重要补充手段。

论文来源：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2026.112504