快速检测致命细菌！新型纳米试纸条20分钟锁定食品中的大肠杆菌O157:H7
发布时间：2025-09-05 浏览次数：8 分享：
大肠杆菌O157:H7是一种高致病性食源性病原体，可通过污染肉类、乳制品等引发致命性出血性腹泻和溶血性尿毒综合征。传统检测方法（如培养法需2-3天，PCR/ELISA依赖实验室设备）难以满足现场快速筛查需求。尽管免疫层析试纸条（ICA）具备低成本、易操作等优势，但传统胶体金标记ICA的灵敏度低（>104 CFU/mL）且无法定量，亟需技术创新。
创新点：WS2-Au纳米标签颠覆传统检测技术
中国检科院与北京工业大学联合团队开发了一种新型WS₂-Auᴰᵀᴺᴮ SERS纳米标签，突破传统ICA局限：
1. 材料设计创新：利用二维材料WS₂纳米片的大比表面积（图1a）作为载体，负载金纳米颗粒（AuNPs）形成密集“SERS热点”（图1b-d）；
图1 所制备的二硫化钨 - 金（WS₂-Au）复合物的表征。（a）二硫化钨（WS₂）和（b）二硫化钨 - 金（WS₂-Au）的透射电子显微镜（TEM）图像。（c）二硫化钨（WS₂）表面金纳米颗粒（AuNPs）的高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像。（d）二硫化钨 - 金（WS₂-Au）的能量色散 X 射线（EDX）元素（钨、硫、金及合并） mapping 图像。
通过硫-金键耦合DTNB拉曼信号分子，实现电磁-化学双增强机制，信号强度较纯金纳米颗粒提升106倍。
2. 检测流程优化：纳米标签与目标菌结合后，通过试纸条层析捕获（图2b），20分钟内完成检测；拉曼光谱仪读取T线DTNB特征峰（1329 cm⁻¹），实现可视化定性+精准定量双输出。
图2 表面增强拉曼散射免疫层析检测法（SERS-ICA）的制备流程示意图。（a）二硫化钨 - 金 - 5,5'- 二硫代双（2 - 硝基苯甲酸）（WS2-Auᵈᵀᴺᴮ）表面增强拉曼散射纳米标签的制备及抗体修饰过程。（b）用于大肠杆菌 O157:H7 检测的免疫层析试纸条检测流程。
研究成果：灵敏度提升100倍，实际样本验证可靠
1. 超高灵敏度与宽线性范围：
检测限低至175 CFU/mL（比传统ICA提升100倍），线性范围跨越7个数量级（8×100–8×106 CFU/mL）（图3c）；肉眼可视阈值达8×10³ CFU/mL（图3a），SERS定量结果与菌浓度对数呈强线性相关（R²=0.9954）。
图3（a）表面增强拉曼散射免疫层析法（SERS-ICA）检测不同浓度大肠杆菌 O157:H7 标准菌液的图像。（b）不同浓度大肠杆菌 O157:H7 的表面增强拉曼散射（SERS）光谱。（c）1329 cm⁻¹ 处的表面增强拉曼散射（SERS）信号强度随大肠杆菌 O157:H7 浓度的对数值呈线性增长。
2. 卓越特异性与稳定性：
对8种常见病原体（如沙门氏菌、李斯特菌）无交叉反应（图4a-b）；批内/批间重复测试RSD<9.1%，满足实际应用需求（图4c-d）。
图4所研发的免疫层析法（ICA）检测大肠杆菌 O157:H7 的特异性和重复性。（a）9 种不同细菌对应的试纸条数字照片。（b）1329 cm⁻¹ 处对应的拉曼强度。（c）9 次大肠杆菌 O157:H7 检测的表面增强拉曼散射（SERS）信号。（d）三批不同试纸条在 1329 cm⁻¹ 处的表面增强拉曼散射（SERS）强度。
3. 实际样本验证成功：
在牛奶、猪肉中添加目标菌，回收率达86.8–117.6%（RSD<9.52%），证明抗基质干扰能力强（图5）。
图5 基于二硫化钨 - 金（WS2-Au）的免疫层析法（ICA）检测（a）牛奶和（b）猪肉样品中大肠杆菌 O157:H7 的实用性测试。
讨论：为何是颠覆性突破？
1. 双机制增强信号：WS2的化学增强与AuNPs的电磁场增强协同作用，突破单一材料限制；
2. 成本与效率平衡：无需核酸扩增或富集步骤，成本低于PCR，速度远超培养法；
3. 现场适用性：试纸条形式兼容便携拉曼仪，为现场检测（POCT） 提供新范式。
总结与展望：迈向多病原体快速筛查
该研究首创的WS2-Au SERS-ICA技术为食源性病原体检测树立新标杆：
短期应用：可集成至食品企业质检流程，实现生鲜产品出厂前快速筛查；
技术拓展：通过更换抗体，平台可扩展至沙门氏菌、李斯特菌等多元检测；
未来方向：开发智能手机耦合式拉曼读卡器，进一步提升现场便捷性；探索多重信号编码策略，同步检测多种病原体（如毒素+细菌组合）。
参考文献：Wang D, Chen Y, Zhang Q, et al. SERS-Based Immunochromatographic Assay for Sensitive Detection of Escherichia coli O157: H7 Using a Novel WS2-AuDTNB Nanotag[J]. Sensors, 2025, 25(8): 2457.
来源：微生物安全与健康网，作者~蔡伟程。
