中国工程院食品安全院士团队

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食源性细菌性疾病近年显著增加，生食品易受微生物污染并引发多种严重疾病（如出血性结肠炎、伤寒等），世界卫生组织数据显示每年 2300 万人患病、5000 人死亡，且带来治疗成本上升、生产力下降等问题。传统细菌培养和 PCR 检测存在操作复杂、耗时长的局限，而比色技术因廉价便携成为新方向，纳米酶的引入则解决了天然酶热稳定性差的难题。

近日，沙特国王大学食品科学与营养系研究团队在《npj Science of Food》发表一项研究，提出结合点击化学与纳米酶技术的新型大肠杆菌检测方法，为生鲜牛肉中食源性病原体检测提供高效便捷方案。

该方法利用大肠杆菌在铜离子环境中的代谢特性，通过其将 Cu²⁺还原为 Cu⁺，触发炔基修饰的 Fe₃O₄@Au 纳米颗粒（尺寸 110 nm，海胆状结构）与叠氮基功能化的 Au 量子点（尺寸约 5 nm，球形）之间的点击化学反应，形成 “磁等离子体 - 量子点” 复合结构。这一过程通过磁性分离提高检测灵敏度，同时借助纳米酶协同效应放大比色信号。

图 1：TEM 显示 Fe₃O₄纳米颗粒球形，Fe₃O₄@Au 呈海胆状；SQUID 显示 Fe₃O₄@Au 磁强度降低；紫外光谱显示 Fe₃O₄@Au 吸收峰 526 nm。

图 2：HR-TEM 显示 Au 量子点球形；光谱确认其吸光度 470 nm、发射峰 520 nm；大肠杆菌存在下纳米酶活性增强。

在检测性能方面，该方法在 PBS 缓冲液中的检测限（LOD）可达 5 CFU/mL，在加标生鲜肉样本中为 25 CFU/mL，优于传统培养法和 PCR 技术的操作复杂度与时间成本。选择性实验显示，与其他细菌（如单核细胞增生李斯特菌、沙门氏菌等）相比，该方法对大肠杆菌显示出显著信号特异性，抗干扰能力强。在加标牛肉样本中，回收率达 99.70%-100.62%，相对标准偏差（RSD）小于 3.3%，验证了其在复杂食品基质中的可靠性。

图 3：紫外光谱显示大肠杆菌浓度与吸光度线性相关，校准曲线算得 PBS 中检测限 5 CFU/mL。 

图 4：加标牛肉中检测限 25 CFU/mL；选择性实验显示对大肠杆菌响应显著高于其他细菌。

研究涉及的纳米材料特性鲜明：Fe₃O₄@Au 纳米颗粒兼具磁性分离（通过 SQUID 验证磁性能）和等离子体特性（吸光度峰值 526 nm），海胆状结构增加抗体负载量；Au 量子点尺寸小（2-5 nm），纳米酶活性显著高于传统 Au 纳米颗粒，发射峰值 520 nm，与 Fe₃O₄@Au 形成协同催化效应。实验优化了反应条件，确定最佳反应条件为 pH 7.4、反应时间 20 分钟、Cu²⁺浓度 100 nM，结合 TMBZ/H₂O₂体系实现比色信号放大。

图 5：Fe₃O₄@Au 捕获效率超 80%，释放效率超 90%；SEM 显示大肠杆菌膜结构完整。

传统微生物检测方法存在操作繁琐、耗时久等局限，而基于纳米酶的比色技术因成本低、便携性强成为研究热点。本研究首次将点击化学与磁性分离、量子点纳米酶结合，实现 “检测 - 分离” 一体化，无需复杂仪器即可通过肉眼观察颜色变化（蓝色产物）初步判断结果，有望开发为便携式检测设备，适用于食品加工现场、农贸市场等场景的快速筛查。

参考文献：Alzahrani A. A novel strategy for Escherichia coli detection in raw beef in combination with click chemistry[J]. npj Science of Food, 2025, 9(1): 59.

来源：微生物安全与健康网，作者~徐礼龙。