低至0.34 CFU/cm2的沙门氏菌检测：噬菌体水凝胶贴片同步区分活菌与死菌

食品表面的致病菌检测通常不仅要回答“有没有菌”，还要进一步判断污染风险来自活菌还是死菌。对沙门氏菌而言，活菌与感染传播直接相关，死菌虽不再增殖，却仍可能提示既往污染，并可能携带脂多糖等免疫刺激成分。传统培养法能够给出活菌信息，但耗时较长；部分抗体、适配体或分子识别方法可以快速捕获细菌，却往往难以直接区分活死状态。针对这一问题，本研究将噬菌体特异识别、水凝胶贴片取样、ATP 生物发光和 SERS 信号读出整合起来，面向食品表面建立了一套双模式沙门氏菌检测平台。

该平台的核心思路是把两类信号分工使用：ATP 生物发光用于反映代谢活跃的活沙门氏菌，SERS 则用于读取被贴片捕获的总沙门氏菌。随后，研究者用总菌数减去活菌数，得到死菌数量的估算值。这样的设计把“捕获目标菌”和“区分活死状态”放在同一检测流程中完成，适合食品表面这类基质复杂、污染分布不均、取样位置影响较大的场景。

这一思路的意义在于，食品安全检测中的风险判断并不总是等同于总菌量判断。如果只能得到总沙门氏菌信号，检测者难以区分样品表面是否仍存在可增殖的感染来源；如果只检测活菌，又可能忽略加工、清洗或储存过程中已经灭活但仍提示污染历史的菌体残留。本研究用同一贴片连接两个读出通道，试图在快速检测框架内同时保留这两类信息。

图1. (A) 水凝胶贴片和 P2@R6G 信号探针的制备流程；(B) 用于真实样品中活/死鼠伤寒沙门氏菌检测的双模式方法示意图。

在材料和识别设计上，水凝胶贴片由聚多巴胺-聚丙烯酰胺双网络构成，并嵌入 AuNPs@AgNWs 等 SERS 活性结构，同时负载特异性噬菌体。贴片接触食品表面后，噬菌体负责结合目标沙门氏菌；对于活菌，细胞裂解释放 ATP，随后通过荧光素酶体系产生生物发光信号；对于总菌，另一种带有罗丹明 6G 标记的噬菌体探针形成夹心复合物，并在水凝胶贴片的 SERS 活性结构上产生增强拉曼信号。这样，活菌和总菌由两条不同信号通道分别读取，死菌数量则由计算得到。

图2. (A) 水凝胶贴片的 HAADF-STEM 图像及 C、N、O、Au 和 Ag 元素分布；水凝胶贴片用于(B) 溶胀率测试、(C) 黏附性测试和(D) 拉伸测试的照片。

性能测试显示，该平台在低菌量区间具有较好的线性响应。活菌检测中，生物发光强度与活沙门氏菌浓度对数在 2-10^5 CFU/cm² 范围内呈线性关系，相关系数为 0.996，理论检出限为 0.67 CFU/cm²。总菌检测中，SERS 强度与总沙门氏菌浓度对数在 1-10^6 CFU/cm² 范围内呈线性关系，相关系数为 0.991，理论检出限为 0.34 CFU/cm²。论文也说明，由于细菌本身是离散个体，实际检出下限按 1 CFU/cm² 理解更稳妥。

图3. (A) 不同浓度活鼠伤寒沙门氏菌的生物发光成像；(B) 生物发光信号与活鼠伤寒沙门氏菌浓度对数之间的校准曲线（n = 5）；(C) 不同浓度总鼠伤寒沙门氏菌检测的 SERS 光谱；(D) SERS 信号与总鼠伤寒沙门氏菌浓度对数之间的校准曲线（n = 5）。

除灵敏度外，本研究还考察了特异性、重复性和储存稳定性。由于识别元件来自噬菌体，目标菌在与其他食品相关细菌共存时仍能产生明显响应，而非目标菌信号较弱。SERS 检测的批内和批间相对标准偏差分别为 5.8% 和 8.4%，说明信号重复性处于可接受范围。贴片在室温避光条件下储存 1 个月后仍保持 92% 的初始信号强度，80 天后信号仅下降 18%，提示该贴片具有一定长期使用潜力。

真实样品验证选择了苹果、鸡蛋、猪肉和生菜表面，并采用五点取样方式减少局部污染不均带来的偏差。当样品表面加入已知浓度活沙门氏菌时，检测回收率为 90.3%-106%，相对标准偏差为 1.5%-8.5%。在活菌和死菌按 1:1 混合的样品中，活菌检测回收率为 92.2%-105%，死菌估算回收率为 93.4%-107%，结果与平板计数法相符。对于食品表面检测来说，这说明水凝胶贴片不仅能承担采样载体，也能在一定程度上降低复杂基质对信号的干扰。

从样品处理角度看，贴片式检测还提供了一个较直接的取样界面。研究中，贴片可贴附在食品表面进行目标菌捕获，随后进入发光或 SERS 读数流程；水凝胶网络允许游离 ATP 等小分子在清洗中扩散离开，而噬菌体介导的结合有助于保留目标菌。因此，食品基质带来的背景信号没有完全转化为活菌读数，这也是活菌检测能与总菌检测区分开的关键。

需要注意的是，死菌数并不是由单一信号直接测得，而是由总菌数与活菌数相减得到。这一策略依赖几个前提：活菌和死菌的捕获效率接近，死菌在检测过程中不会贡献明显 ATP 背景，两种信号通道在检测范围内保持良好线性。论文通过对照实验验证了这些前提，但减法计算仍会把两次测量的不确定性叠加起来，尤其在接近检出限时，相对误差可能增大。因此，本研究更适合作为一种快速区分和定量思路，而不宜被理解为已经替代所有标准培养确认流程。

总体来看，本研究把食品表面的直接取样、目标菌富集、活菌判别和总菌定量整合在一张可贴附的水凝胶平台上。其亮点不只在于较低检出限，还在于能够用同一块贴片同时获得活菌、总菌和死菌估算信息。后续若要走向实际应用，还需要进一步评估不同食品表面粗糙度、天然污染样品、现场操作稳定性和批量生产一致性等因素。

论文来源：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.149193