基于脂多糖印迹聚合物的电化学传感器：10 CFU/mL检测限快速检测鼠伤寒沙门氏菌，无需样品前处理

本研究首次开发了一种基于脂多糖印迹聚合物的电化学传感器，用于快速、灵敏地检测食品中的鼠伤寒沙门氏菌。以聚多巴胺为聚合物基质，靶向沙门氏菌外膜的特异性脂多糖结构进行分子印迹，成功构建了高选择性识别空腔。该传感器检测限低至10 CFU/mL，在10²–10⁸ CFU/mL范围内呈良好线性响应，能有效区分革兰氏阳性菌及其他革兰氏阴性菌，且无需复杂样品前处理即可在自来水、牛奶和猪肉等实际食品基质中直接应用。本研究为食品加工和餐饮环境中的沙门氏菌现场监测提供了一种简便、快速、低成本的新技术方案。

沙门氏菌是引发全球食源性疾病的主要病原菌之一，其中鼠伤寒沙门氏菌最为常见，可导致腹泻、发热、腹部绞痛等症状，对儿童、老年人和免疫缺陷人群危害尤为严重。现行检测方法如培养计数、ELISA和PCR虽准确可靠，但耗时较长且依赖实验室设备，难以满足食品加工和餐饮场所的现场快速检测需求。分子印迹聚合物是一类人工合成的具有特定分子识别能力的材料，其“锁-钥”机制可模拟生物受体。然而，传统以完整细菌为模板的印迹策略存在表面化学复杂、模板去除困难、批次间重现性差等问题。该研究创新性地选择脂多糖作为印迹靶标——脂多糖是革兰氏阴性菌外膜的特有组分，其O-多糖链在菌种间高度变异，赋予物种特异性识别能力。与完整细菌印迹相比，脂多糖印迹具有更高的热稳定性和pH稳定性，模板洗脱更彻底，且避免了活菌操作的安全风险。

基于聚多巴胺的脂多糖印迹聚合物传感器构建

研究者采用成本低廉、官能团丰富的聚多巴胺作为印迹基质。首先合成聚多巴胺纳米球核心，通过4-甲酰基苯硼酸对其进行修饰，利用苯硼酸与脂多糖中顺式二醇结构的可逆共价结合实现模板锚定。随后在多巴胺单体存在下进行二次聚合，形成包覆脂多糖的聚多巴胺外壳，最后用含5%乙酸和30%乙腈的洗脱液去除脂多糖模板，留下特异性识别空腔。透射电镜和能谱分析显示，聚多巴胺核心粒径约295.5 nm，外壳形成后增至358.2 nm，硼元素及碳、氮、氧元素组成变化证实了苯硼酸修饰和多巴胺外壳的成功构建。傅里叶变换红外光谱中B-O-B伸缩振动峰（1020 cm⁻¹）的出现进一步验证了苯硼酸的引入。

脂多糖与完整细菌的检测性能评估

将印迹聚合物滴涂于碳纳米管修饰的丝网印刷电极表面，采用差示脉冲伏安法进行检测。当目标分子（脂多糖或完整细菌）与电极表面的印迹空腔结合后，会阻碍电极表面的电子传递，导致[Fe(CN)₆]³⁻/⁴⁻探针的氧化还原峰电流下降。该传感器对脂多糖的响应在0.1–100 μg浓度范围内呈良好线性关系（R² > 0.999），检测限为0.1 μg。对于完整鼠伤寒沙门氏菌，传感器在10²–10⁸ CFU/mL范围内呈现优异的浓度依赖性响应（R² = 0.997），检测限低至10 CFU/mL。非印迹聚合物对照实验显示，其对10⁸ CFU/mL沙门氏菌的电流响应显著低于印迹聚合物（p = 0.0077），证明印迹空腔的特异性识别作用。

选择性与实际样品应用验证

选择性实验表明，该传感器对不含脂多糖的革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌）几乎无响应；在革兰氏阴性菌中，仅对鼠伤寒沙门氏菌有显著信号变化，而对大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的响应极弱，证实脂多糖O-抗原的种属特异性差异赋予传感器优异的分辨能力。在自来水、牛奶和猪肉等真实食品基质中，无需任何复杂前处理，直接将样品加载于传感器，30分钟内即可完成检测。尽管不同食品基质因干扰物存在导致基线漂移，但传感器对不同浓度沙门氏菌的响应趋势与缓冲液体系一致，线性回归R²值在0.80–0.90之间，显示出良好的实际应用潜力。

图1食品样本现场病原体检测MIP制备及应用示意图

方法优势与现场检测前景

与近年来报道的其他沙门氏菌传感器相比（如表1所示），本研究的脂多糖印迹聚合物传感器在检测限（10 CFU/mL）方面具有优势，且无需核酸扩增或抗体标记，检测时间约30分钟。该方法的主要创新点在于：以脂多糖替代完整细菌作为印迹模板，简化了制备流程，提高了批次间重现性；聚多巴胺基质合成条件温和、成本低廉；传感器可直接用于复杂食品基质而无需样品前处理，极大降低了现场操作门槛。未来，将聚多巴胺核心替换为磁性纳米颗粒（如四氧化三铁）可进一步缩短检测时间。该技术为食品加工车间的卫生监控、餐饮场所的快速筛查及食源性疾病暴发的早期预警提供了有力工具。

文献链接：https://doi.org/10.1186/s12951-025-03341-x

来源：微生物安全与健康网，作者~蹇熹文。