近日，永利6774app手机版官网陳穎教授課題組在食源性緻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，其中食源性緻病菌扮演着重要的緻病角色。金黃色葡萄球菌（S. aureus）是一種常見的食源性緻病菌，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确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，但局限于操作複雜、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，然而樣品預處理複雜、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緻病菌無損分析方法，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。
生物識别元件是電化學生物傳感器的關鍵組成部分之一。近年來，适體(Aptamer, Apt)因其穩定性好、廣泛适用性和易于合成/修飾等優點而成為抗體的替代品。分子印迹聚合物(Molecularly imprinted polymer, MIP)是一種嵌入分子印迹的聚合物基質，可以提供與模闆靶的尺寸、形狀、官能團等相匹配的定制結合位點，被公認為抗體模拟受體。此外MIP還具有制備簡單快速、成本低和良好穩定性等優勢。
本研究通過将Apt組裝在納米金修飾的MOF表面制備具有靶标識别功能的納米信号探針；通過電聚合和模闆去除法在電極表面原位形成S. aureus細菌印迹層，作為捕獲探針。當目标緻病菌存在時，細菌印迹修飾電極捕獲細菌，進一步與納米信号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号。該方法由于将人工合成受體的雙重識别及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
将分子印迹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緻病菌直接檢測法，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，實現高效的信号放大。
該方法具有出色的分析性能、快速操作及廣泛适用性。
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号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。該傳感器将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，并可用于複雜樣品檢測。此外，通過替換不同的印迹模闆和适體，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适用性，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。
原文鍊接
https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135682
