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为解决传统食源性病原体检测方法耗时、昂贵等问题，研究人员开展基于 3D 打印螺旋混合器与磁连续流分离的比色生物传感器研究。结果显示该传感器能在 1 小时内检测低至 16 CFU/mL 的鼠伤寒沙门氏菌，为现场检测食源性病原体提供新途径。
在食品安全领域，食源性病原体就像隐藏在暗处的 “健康杀手”，时刻威胁着人们的身体健康。据统计，27 个欧盟成员国曾报告了 3086 起食源性疾病暴发事件，涉及 20017 人，这些数据背后是无数人遭受病痛折磨的现实。传统的食源性病原体检测方法，比如培养、PCR（聚合酶链式反应）和 ELISA（酶联免疫吸附测定），虽然在实验室中发挥着重要作用，但它们有着明显的短板。这些方法要么耗时久，要么成本高，设备体积庞大，操作也复杂，这使得它们很难在现场检测中大展身手。而且，实际样本中食源性病原体浓度往往较低且分布不均，从大量样本中精准分离病原体成为一大难题，现有分离方法也存在各种缺陷，如磁连续流分离需要精密的微泵，处理时间长；磁泳分离则需要大量免疫磁珠，成本居高不下。在这样的背景下，研发一种快速、低成本、便携且操作简单的现场检测方法迫在眉睫。
中国农业大学的研究人员勇挑重担，开展了一项创新性研究。他们成功构建了一种基于离心管的便携式比色生物传感器。这项研究成果意义非凡，它能够快速、灵敏地检测出样本中的鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium），检测限低至 16 CFU/mL，整个检测过程仅需 1 小时，为保障食品安全、实现现场快速检测食源性病原体开辟了新的道路。该研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》杂志上。
研究人员为开展这项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先是 3D 打印技术，通过它制作出螺旋机械混合器和磁场发生器，前者用于促进样本混合，后者实现连续流细菌捕获；其次是利用 Au@Pt 纳米酶进行信号放大，增强检测的灵敏度；此外，还开发了智能手机应用程序，用于精确的图像处理，实现对细菌浓度的定量分析 。
下面来看看具体的研究结果：
- 螺旋机械混合器的制备与性能验证：研究人员自制的螺旋机械混合器由螺旋杆、圆盘和桨式混合器组成，通过 3D 打印机制造而成。桨式混合器通过反复按压和松开螺旋杆产生湍流，手动测量转速约为 60 rpm。经 COMSOL Multiphysics 模拟评估，证实其能有效混合细菌、磁珠和 Au@Pt 纳米酶 。
- 检测流程与原理：检测前，用一次性注射器堵住磁连续流分离装置的通风通道。将细菌样本、免疫磁珠和 Au@Pt 纳米酶置于样品室，通过螺旋机械混合器反复按压释放动作混合形成磁珠 - 细菌 - 纳米酶结合物。之后，手动调节一次性注射器的活塞，调整离心管内气压，使溶液在重力作用下连续流过磁连续流分离装置，结合物在磁场作用下被捕获并清洗去除杂质。接着加入无色的 H?O? - TMB 试剂，结合物上的 Au@Pt 纳米酶作为催化剂，促进 H?O?分解产生具有强氧化性的羟基自由基，将无色的 TMB 氧化为蓝色的 TMBox。最后，利用开发的智能手机应用程序分析颜色变化。该传感器的传感机制依赖于结合物上 Au@Pt 纳米酶的类过氧化物酶活性，催化无色的 H?O? - TMB 底物生成蓝色的 TMBox 催化产物，通过测量催化产物的饱和度来确定目标细菌的浓度 。
- 检测效果：该一次性生物传感器操作简便、成本低、灵敏度高。在 10 mL 细菌样本中，35 分钟内捕获效率可达 73.2% ，能够检测出低至 16 CFU/mL 的鼠伤寒沙门氏菌。
综合研究结论和讨论部分，这项研究成功开发出的便携式比色生物传感器，实现了从样本混合、细菌分离、标记、清洗、催化到测量分析的全流程在单个离心管内完成，极大简化了操作步骤。同时，创新性的设计有效提高了检测效率和灵敏度，还避免了交叉污染风险。这一成果为现场快速检测食源性病原体提供了有力的技术支持，有望在食品安全检测领域广泛应用，对保障公众健康、加强食品安全监管具有重要意义。未来，或许还能在此基础上进一步优化，拓展检测范围，提升检测性能，为食品安全防线增添更多保障。
