研究背景

金黄色葡萄球菌（S. aureus）是一种重要的食源性致病菌，可引发多种感染及食物中毒。传统的检测方法存在灵敏度不足、无法同时实现细菌捕获与消除等局限。因此，开发一种新型的、高效的检测与消除技术对于保障食品安全和人类健康具有重大意义。

实验方案

首先，将针对S. aureus的核酸适配体固定在Fe₃O₄纳米颗粒上，实现对细菌的特异性捕获并触发T链的释放；接着，利用链置换反应（SDA）和DNA步行者辅助循环放大策略，显著增强信号；最后，通过ECL信号的变化实现对S. aureus的定量检测，同时绿色合成的 Au：Ag纳米颗粒不仅增强信号还具备抗菌功能，展现了该传感器在食品安全和环境监测中的应用潜力。

Scheme 1. Schematic diagram of S. aureus based on SDA signal amplification

条件优化

图1A：不同浓度的探针A对生物传感器ECL强度的影响。结果显示，随着探针A浓度的增加，ECL强度逐渐降低，当探针A浓度达到2.0微摩尔时，ECL强度稳定，此时探针D被完全切割，无法通过其上的巯基将Au:Ag NPs组装到ITO电极上。

图1B：探针B浓度对ECL强度的影响。高浓度的探针B会产生大量SDA产物，导致探针D在ITO电极上的严重切割，从而使ECL信号显著降低，当探针B浓度达到2.0微摩尔时，ECL强度趋于稳定。

图1C：探针D/探针C/ITO电极与SDA产物反应时间对ECL强度的影响。随着反应时间的延长，ECL信号逐渐降低，60分钟后趋于稳定，因此选择60分钟作为后续实验的反应时间。

Fig.1. (A) Effect of the probe A concentration on the ECL intensity of the biosensor，(B) Effect of the probe B concentration on the ECL intensity of the biosensor，(C) Effect of the reaction time on the ECL intensity of the biosensor. The concentration of S. aureus was 10⁵ CFU/mL.

生物传感器的检测性能

图2A：ECL生物传感器对不同浓度S. aureus的响应。随着S. aureus浓度的增加，ECL信号逐渐降低。在10²至10⁷CFU/mL的浓度范围内，ECL强度的降低（ΔI）与S. aureus浓度的对数（Log C）呈良好的线性关系，线性方程为ΔI=331 + 2002 Log C，回归效率为0.9914，检测限为17 CFU/mL。

图2B：生物传感器的选择性测试。在没有细菌、只有大肠杆菌（E. coli）、肺炎链球菌（S. pneumoniae）或它们的混合物存在时，ECL强度的降低较小；而当这些干扰细菌与目标细菌混合时，ECL信号显著降低，表明生物传感器具有良好的选择性。

Fig.2. (A) ECL response of the biosensor towards different concentrations of S. aureus. From a to h: 0, 10, 10², 10³, 10⁴, 10⁵, 10⁶, 10⁷, and 10⁸ CFU/mL. Inset was the calibration curve of the biosensor. (B) Selectivity of the biosensor. Bar a to e: no bacteria, E. coli, Streptococcus, mixture of E. coli and Streptococcus, mixture of S. aureus, E. coli, and Streptococcus.

实验结果

实验结果显示，即使在高浓度的S. aureus（7.7×10⁷ CFU/mL）环境下，几乎所有细菌都能在60分钟内被结合到Fe₃O₄上。此外，该生物传感器对S. aureus的测量展现出宽线性范围和低检测限，具有很大的实际应用潜力。

结论

1. 通过Fe₃O₄/aptamer:T复合物可特异性高效捕获S. aureus，并触发T链的释放，进而激活SDA反应。

2. 大量SDA产物导致固定在生物传感界面上的绿色合成Au:Ag纳米颗粒数量减少，从而降低了其对luminol/H₂O₂体系ECL信号的增强效果。

3. 绿色合成的纳米颗粒具有良好的抗菌活性，为实际应用中细菌的杀灭和敏感测量提供了绿色合成抗菌材料的新思路。

参考文献：Wu M, Zhu Q, Liu W, et al. Multi-functional electrochemiluminescence biosensor for efficient capture, elimination, and sensitive monitoring of Staphylococcus aureus[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2024: 117112.