近日， 長江大學化學與環境工程學院陳穎教授課題組 在食源性致病菌的檢測方面取得重要研究進展，相關研究成果以題為 “Molecularly imprinted polymer combined with MOF-assisted redox recycling amplification: A powerful electrochemical sensing strategy for pathogenic bacteria” 的學術論文發表于分析化學領域國際著名期刊《 Sensors and Actuators B: Chemical》（IF=8.4，中科院一區Top期刊）上。碩士研究生劉洋為論文第一作者，陳穎教授為論文通訊作者。該研究受國家自然科學基金（21605007）和湖北省自然科學基金（2023AFB906）項目的資助。

成果簡介

? ? ?食源性疾病是當前全球突出的公共衛生問題之一，其中食源性致病菌扮演著重要的致病角色。金黃色葡萄球菌（ S. aureus）是一種常見的食源性致病菌，寄生于皮膚、鼻腔、咽喉、胃、空氣和污水等環境中。據統計，該菌約占食源性微生物引發食物中毒事件的25%。建立一種快速有效的食源性細菌分析方法對于確保食品安全和診斷細菌感染具有重要意義。傳統基于培養的細菌檢測方法雖然可靠，但局限于操作復雜、耗時和靈敏度有限。免疫學檢測和分子生物學檢測等無需培養的方法在省時和提高靈敏度方面具有一定優勢，然而樣品預處理復雜、成本高以及操作技術要求較高等問題仍存在。因此，迫切需要發展一種高靈敏、低成本且快速的食源性致病菌無損分析方法，為食品安全和細菌感染診斷領域提供必要的方法學支撐和技術支持。

生物識別元件是電化學生物傳感器的關鍵組成部分之一。近年來，適體(Aptamer, Apt)因其穩定性好、廣泛適用性和易于合成/修飾等優點而成為抗體的替代品。分子印跡聚合物(Molecularly imprinted polymer, MIP)是一種嵌入分子印跡的聚合物基質，可以提供與模板靶的尺寸、形狀、官能團等相匹配的定制結合位點，被公認為抗體模擬受體。此外MIP還具有制備簡單快速、成本低和良好穩定性等優勢。

本研究通過將Apt組裝在納米金修飾的MOF表面制備具有靶標識別功能的納米信號探針；通過電聚合和模板去除法在電極表面原位形成S. aureus細菌印跡層，作為捕獲探針。當目標致病菌存在時，細菌印跡修飾電極捕獲細菌，進一步與納米信號探針結合形成夾心結構，繼而固載大量亞甲基藍(MB)，通過與檢測底液中的電活性[Fe(CN)6]3?/4?發生氧化還原循環反應以顯著增強電化學響應信號。該方法由于將人工合成受體的雙重識別及MOF調控下氧化還原循環放大相結合，展現出優異的分析性能，具有實際樣品中細菌分析的巨大潛力。

研究亮點

• 將分子印跡技術與電化學傳感器相結合，顯著降低成本且操作簡便。

• ? ?相較于傳統signal-off型MIP致病菌直接檢測法，構建signal-on夾心檢測模型靈敏度高。

• ? ?首次通過MB和[Fe (CN)6]3?/4?之間的電化學氧化還原循環反應增強特征峰電流，實現高效的信號放大。

• ? ?該方法具有出色的分析性能、快速操作及廣泛適用性。

圖文賞析

圖1. 實驗方案原理圖

圖2. Fe-MIL-88的SEM、EDS圖像及XRD譜圖

圖3. 修飾電極表面的SEM圖像

圖4. (A) 電極修飾過程的CV表征 (B) (C) 可行性研究

圖5. 靈敏性研究

圖6. 選擇性研究。

研究結論

本研究構建了一種信號放大的夾心型電化學生物傳感器，實現了 S. aureus 的快速、靈敏、選擇性分析。該傳感器將BIF選擇性界面和MOF輔助氧化還原循環放大聯用，具備低至1 CFU mL?1的檢測限和良好的選擇性，并可用于復雜樣品檢測。此外，通過替換不同的印跡模板和適體，本方法在檢測其他細菌方面也展示出巨大潛力。總之，該方法具有出色的分析性能、高效快速操作及廣泛適用性，在食品安全分析和細菌感染診斷領域具有廣闊的應用前景。

原文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135682