生物传感技术破解大肠杆菌O157:H7检测难题
发布时间：2025-09-18 浏览次数：16 分享：
研究背景：大肠杆菌O157:H7是典型食源性致病菌，致病性强、公共卫生危害大，及时检测对保障食品安全至关重要。传统检测方法虽各有特点，但局限性显著：作为“金标准”的分离鉴定法，虽能分离活细菌便于后续分析，却需4-7天，操作复杂；PCR法检测快、灵敏度高，却依赖昂贵设备，易受样本抑制剂和环境DNA污染；酶联免疫吸附测定法（ELISA）特异性强、易标准化，却操作繁琐、对实验技能和设备要求高。随着生物传感技术发展，其快速、灵敏、特异的优势逐渐凸显，成为该领域研究热点。
三类主流生物传感器各显神通
1. 电信号生物传感器：核心是将生物识别事件转化为电信号。电流响应法中，Qaanei等开发的适配体电化学传感器，检出限低至9.34 CFU/mL；电化学阻抗法（EIS）表现更优，Duan等结合Cu-MOF与导电聚合物的EIS免疫传感器，检出限1-10 CFU/mL，优于传统ELISA；场效应晶体管（FET）传感器也不逊色，Wei等采用热变性酪蛋白固定抗体的GFET传感器，最低可检测1 CFU/mL，且Zhou等的相关传感器在鲜奶和生猪肉检测中回收率达60.8%-114.2%。不过，这类传感器存在成本较高、易受基质干扰、环境适应性待提升等问题。
图1 石墨烯介孔电化学生物传感器定量检测大肠杆菌O157:H7流程图[1]
图2 GFET生物传感器对大肠杆菌O157：H7的检测示意图[1]
2. 光信号生物传感器：通过光学信号变化实现检测。比色传感器操作直观，Guo等用CuSe NPs作信号分子，Wang等结合酶促反应放大信号；等离子体传感器灵敏度突出，Jiang等的双重信号增强光纤SPR传感器，灵敏度较传统提升4个数量级，检出限142 CFU/mL；表面增强拉曼（SERS）传感器灵敏度极高，Yu等结合免疫磁分离的方法检出限低至2 CFU/mL。但该类传感器在复杂样本中易交叉反应，SERS技术还存在设备昂贵、重复性差的问题。
3. 侧流式生物传感器：以便捷经济著称，10-15分钟即可完成检测。Li等的适配体-金纳米颗粒试纸条，无显著交叉反应；新型纳米标记材料更让其性能飞跃，Ju等的花状伴刀豆球蛋白A-Cu₃(PO₄)₂复合材料，检出限低至10 CFU/mL，且部分传感器实现从定性到定量的跨越，还可结合智能手机构建即时检测平台。不过，传统产品定量能力有限，需进一步优化适配体筛选和样品前处理方法。使用花状伴刀豆球蛋白A铜(II)磷酸盐纳米复合材料作为侧流生物传感探针测定大肠杆菌O157:H7。
图 3 使用花状伴刀豆球蛋白 A 铜 (II) 磷酸盐纳米复合材料作为侧流生物传感探针测定大肠杆菌 O157:H7[1]
新技术引领未来方向
CRISPR/Cas系统凭借精准基因识别能力，结合RAA技术后，可在55分钟内完成检测，无需精密设备且灵敏度超传统方法；微流控生物传感器则实现多维度突破，Sun等的化学发光传感器无需PCR即可检测130 CFU/mL，Shang等的便携式产品2.5小时内检出限达10 CFU/mL，Muhsin等的传感器还能同时检测多种致病菌，30-40分钟内检出限低至3 cells/mL。
图 4 CRISPR-Cas9触发两步等温扩增法检测大肠杆菌[1]
结论：生物传感技术为食源性大肠杆菌O157:H7检测提供了高效解决方案，电信号、光信号、侧流式三类传感器各有优势，适配不同应用场景。CRISPR/Cas系统与微流控技术的结合，进一步推动检测向快速、超灵敏、自动化发展。但当前技术仍面临复杂基质干扰、重复性不足、成本较高等挑战。未来，需重点攻关多靶标联检、人工智能信号解析、低成本高通量设备研发，推动食源性致病菌监测向智能化、精准化、普惠化迈进，更好守护食品安全。
参考文献：[1]林心可,张令梅,邱万伟,等. 基于生物传感技术的食源性大肠杆菌O157:H7快速检测研究进展[J/OL].分析测试学报,1-11[2025-09-08].
来源：微生物安全与健康网，作者~王诺言。
