快速可靠的细菌检测在临床和兽医实践中发挥着重要作用。提出了一种基于蛋黄抗体(IgY)的稳定、无标记、紧凑、灵敏的长周期光纤光栅(LPFG)传感器，用于检测金黄色葡萄球菌(S.aureus)。利用激光写入技术制备LPFG，并将特异性IgY进一步固定在光栅区域，然后与相应的细菌结合。通过追踪免疫反应后生物覆盖层厚度和密度增加引起的细菌-抗体相互作用引起的LPFG透射光谱中共振波长的变化，检测金黄色葡萄球菌。测试结果表明，所提出的传感器对金黄色葡萄球菌测量具有选择性和敏感性，检测限约为33CFU/ml。所提出的抗体固定化方法非常简单，并且可以批量制造光纤以降低成本。传感器的检测时间约为20分钟，速度快，适合检测。该方法成功地应用于天然水中金黄色葡萄球菌的定量分析，满足了食品安全控制中现场筛选微量致病菌的需要。

  葡萄球菌病是由金黄色葡萄球菌引起的一种急性或慢性传染病，临床上有多种类型，如关节炎、腱鞘炎、足垫肿胀、肚脐炎症、葡萄球菌败血症等，引起多种疾病。此外，这种金黄色葡萄球菌菌株以其耐药性而闻名。因此，应迅速检测出这些来源中的致病菌株。

  传统上，金黄色葡萄球菌的检测是基于细菌培养。几种微生物和分子生物学技术已被用于检测该致病菌株。其他基于核酸扩增的超灵敏检测方法，如连接酶链反应、链置换扩增、聚合酶链反应，以及基于抗体的免疫测定和免疫PCR测定也有报道。这些技术通常需要事先从细菌中分离DNA，需要核酸扩增设备和复杂的酶反应，成本高、复杂、耗时长。因此，应开发一种准确、快速的检测致病菌的方法。

  免疫传感器作为一种新型的生物传感器，因其高特异性、高灵敏度和高稳定性而备受青睐。免疫传感器的出现极大地改变了传统的免疫检测方法。

  蛋黄抗体(IgY)是从用抗原免疫的无菌蛋鸡的蛋中纯化的针对特定细菌的抗体，是蛋黄中最重要的免疫球蛋白，具有很强的特异性。其制备符合动物保护的伦理要求，且成本低、制备方便、批量生产方便(平均一只母鸡一年可产300个蛋，可提取约40克IgY)。此外，鸡体内产生的特异性IgY占抗体总量的1%-10%。纯化IgY的半衰期以月为单位，在室温下保持活性长达6个月，在37℃下保持活性1个月。虽然IgY是一种蛋白质分子，但它耐高温和pH值，在30℃到70℃之间稳定，在pH值3.5到11之间活跃。当外部溶液pH小于3时，IgY仍能与抗原结合，而免疫球蛋白 (IgG)仅在pH 6-7时才能与抗原结合。IgY比IgG具有更高的检测特异性和敏感性，在食品致病菌检测和诊断方面具有很大的应用潜力。

  近年来，光纤生物传感器受到了广泛的关注。光纤取代了传统的平面光学传感装置，克服了体积大的缺点，可以进行多参数远程传感。在光纤传感器中，长周期光纤光栅(LPFG)传感器是一种很有前途的光纤传感结构。通过设计合适的光栅周期和光纤直径，并选择合适的包层模式，LPFG的谐振波长将对外部折射率的变化非常敏感，这使得LPFGs具有高灵敏度和低检测限 。因此，LPFG传感器被广泛用于细菌检测，病毒，核酸和蛋白质。

  利用扫描电子显微镜(SEM)对光纤传感器表面进行了观察。图 (a)和(b)显示了表面功能化LPFG传感器端面和侧面的SEM图像。该纤维被涂上致密均匀的化学涂层，厚度小于10纳米。当细菌结合成薄而均匀的化学薄膜时，光纤的外折射率会发生变化。细菌检测后观察纤维表面的SEM图像，如图2(c)所示。从图中可以看出，光纤表面附着了大量的细菌。因此，本实验成功实现了传感器表面功能化，实现了细菌检测。

  将功能化LPFG传感器置于PBS，记录基线光谱(λ0);加入样品室温孵育20分钟，至共振波长的位置不再有明显偏移。PBS缓冲液洗涤3次，去除未附着的金葡细胞。最后，将清洗干净的光纤置于PBS，记录光谱(λx)。因此，每个浓度对应的波长位移被评估为信号的差值(Δλ = λ0-λx)。图(b)为102 CFU/ml ~ 109 CFU/ml细菌检测的透射谱。抗体与细菌的相互作用导致了生物覆盖层的密度，从而导致共振波长的偏移。随着细菌浓度的增加，共振波长蓝移，抗原抗体相互作用引起的光谱变化从0.60 nm到4.21 nm(图(c))。结果表明，波长位移最初随金黄色葡萄球菌浓度的增加呈指数增加。当浓度增加到106 CFU/ml时，曲线呈现平稳趋势，浓度梯度逐渐减小。

  选择4种不同的细菌进行对照实验，每次试验固定细菌浓度为106 CFU/ml。LPFG传感器与金黄色葡萄球菌相互作用时的波长位移信号值达到3.1 nm，与大肠杆菌、单核细胞增生李斯特菌、志贺氏菌、沙门氏菌相互作用时的波长位移信号值。选择性试验证明LPFG传感器对金黄色葡萄球菌具有特异性检测能力。

  该测试是用三个LPFG进行的，它们是用相同的制备工艺制备的。首先，用1个LPFG进行细菌检测，记录在PBS缓冲液中检测前后的透射光谱。其次，对检测到细菌后的LPFG传感器传感区域进行清洗，将光纤传感区域在pH值11的5 ml NH3⋅H2O溶液中浸泡5 min，每次用5 ml PBS缓冲液冲洗LPFG区域5次。记录了光纤在PBS溶液中的传输光谱。将此时的共振波长与细菌检测前PBS缓冲液中的共振波长进行了比较(a)，发现与之前的波长保持了很高的相似性。这证明光纤表面的抗体没有被破坏，而细菌已经被清洗干净了。这一步被定义为表面再生。然后用清洗干净的光纤再次在相同浓度下检测金黄色葡萄球菌，记录透射谱的变化。

  用制备的LPFG传感器检测浓度为106 CFU/ml的金黄色葡萄球菌。浓度测试按照方案进行计算。图5(b)为不同测试次数后LPFG传感器的Δλ。结果表明，5次再生后，波长位移基本不变。

  在所有水样中加入了不同浓度的金黄色葡萄球菌。然后，在加标样品中测试回收率。金黄色葡萄球菌加标回收率为94.8% ~ 104.2%，RSD值为4.1% ~ 6.0%。结果表明，该方法对水样中目标菌的检测是有效的。

  与许多传统的夹心免疫分析方法相比，本文提出的光纤传感器是一种一步法免疫分析方法，简单高效。结果表明，与ELISA (50 ~ 90 min)相比，我们的一步免疫分析法可显著缩短检测时间(约20 min)。此外，纤维上的卵黄抗体可以抵抗环境干扰，非常适合现场快速分析。

  参考文献：Gan W, Xu Z, Li Y, Bi W, Chu L, Qi Q, Yang Y, Zhang P, Gan N, Dai S, Xu T. Rapid and sensitive detection of Staphylococcus aureus by using a long-period fiber grating immunosensor coated with egg yolk antibody. Biosens Bioelectron. 2022 Mar 1;199:113860.