无需任何电子、电化学或光学设备检测食品样本中的沙门氏菌

  摘要：利用新型合成核酸探针(NAP)作为连接物，将dna偶联的金纳米粒子(AuNP)固定在移液管尖端内附着DNA的薄金层上，研制了一种用于鼠伤寒沙门菌(Salmonella typhimurium)检测的Au-on-Au探针传感器。在沙门氏菌存在的情况下，来自沙门氏菌的RNase H2 (STH2)裂解NAP，释放的DNA偶联的AuNP可以通过试纸条直观检测。这种便携式生物传感器不需要任何电子、电化学或光学设备。在不进行细胞培养或信号扩增的情况下，沙门氏菌在1 h内的检出限为3.2 × 103 CFU/mL，并且与几种对照菌无交叉反应。此外，该传感器还能可靠地检测出食品样本中的沙门氏菌，比如碎牛肉、鸡肉、牛奶和鸡蛋。该传感器可以重复使用，并且在环境温度下稳定，显示出其作为预防沙门氏菌食物中毒的定点设备的潜力。

  图A显示了检测的基本原理，RNase H2能够在DNA- RNA-DNA/DNA双相底物中切割单个核糖核苷酸，这就能实现荧光分子的信号恢复;B图为SSR结构的预测。

  使用SSR1-T4作为荧光传感器检测STH2(如下图);经计算后其灵敏度为0.78 pM。并建立了添加到鸡蛋、牛奶、鸡肉和牛肉中的STH2的LOD值分别为5,5,50和50 fM。

  接下来，用SSR1-T4检测培养的ST细胞。图A是检测ST细胞的示意图;随着ST浓度的增加，观察到更强的裂解(图3B)。图3C绘制了ST细胞浓度的函数，LOD为5×103 CFU/mL。综上所述的结果表明，SSR1-T4在各种食品基质中都有功能，可以用于荧光检测沙门氏菌。

  进一步地，设计了Au-on-Au的传感器并验证;如下图所示，A图为传感器的原理解析，即当没有ST细胞存在时，底物TSSR1-T4作为中间桥梁连接起Au-tip-DNA1和AuNP-DNA2;然而在ST细胞存在时，STH2切割底物，此时AuNP-DNA2无法与Au-tip-DNA1连接。图B为传感器的组成;如图C所示，随着ST浓度的增加，红色强度成比例增加，测得LOD为3.2×103 CFU/mL。研究了Au-on-Au传感器的特异性。如图D所示，只有ST产生了显著的信号响应，而对照菌存在时产生的信号可以忽略不计。这证实了传感器的高特异性。

  接下来评估例了使用Au-on-Au传感器在实际食品样品中检测ST的潜力(A)。在碎牛肉和鸡肉中加入浓度更高的ST，在尼龙膜上产生了更强的红色斑点(B)。颜色强度与ST浓度的关系如图C所示，鸡肉和牛肉的LOD值均为6.4×103 CFU/g。

  最后，对Au-on-Au传感器的可重用性和稳定性进行了评价。在阳性和阴性测试中，单个Au-tip可以使用5次而不会降低性能(图A和B)。在本实验中，Au-tip和核酸分子在室温下保存32天进行检测。结果发现，在阳性和阴性测试中，存储对传感器的性能没有影响。

  总结：

  1、这项工作是第一个通过工程合成核酸分子作为RNase H2的高度特异性底物来检测特定细菌;

  2、来自细菌病原体的特定核酸酶可以用作开发高度特异性功能DNA探针的靶标;

  3、Au-on-Au tip传感器制作简单，易于携带。可实现食品基质中ST的高灵敏度检测。它在室温下储存也很稳定，可以多次重复使用。

  参考文献：

  Li J, Khan S, Gu J, et al. A Simple Colorimetric Au‐on‐Au Tip Sensor with a New Functional Nucleic Acid Probe for Food‐borne Pathogen Salmonella typhimurium[J]. Angewandte Chemie, 2023, 135(20): e202300828.