像金黄色葡萄球菌这样的食源性病原体在自然界中大量存在，存在于空气、水、灰尘以及人类和动物的排泄物中，因此，食品有很多被污染的机会，从而导致各种健康问题。到目前为止，已经开发了各种检测食品中传染性细菌的方法，以确保产品上市前的安全。传统方法，如平板计数和聚合酶链式反应（PCR），通常需要相当长的时间、资金投入和复杂的程序。目前，生物传感器已成为检测细菌的传统方法的有前途的替代方案，包括电化学检测，比色法，表面增强拉曼散射（SERS），光电化学检测（PEC），荧光传感，等。其中，PEC 生物传感器由于检测信号和激发信号为不同的能量形式，背景信号低，灵敏度高，被认为是一种有前途的策略。与依赖特定电位产生信号的电化学传感不同，由于光活性材料中电子 - 空穴对的强氧化还原特性，PEC 对外部电位的依赖性较小，减少了对生物分子的损伤，最大限度地减少了副反应的发生。另一方面，比色法不需要复杂的仪器，可以用肉眼方便地观察，是一种经济有效且快速的方法。尽管它们有独特的优点，但比色法和 PEC 传感都部分受到单信号读出的限制。单模式传感器由于缺乏标准化的测试协议，容易受到操作差异、条件变化和仪器不一致导致的错误信号的影响。相比之下，双模式信号读出通过利用两个互补信号解决了这一限制，有效地结合了自校准机制，提高了检测的准确性和可靠性。因此，将 PEC 与比色法相结合不仅保留了 PEC 检测固有的高灵敏度和比色法直观的便携性，而且有效地减少了错误信号的出现。因此，在用于检测细菌的双模生物传感器中整合 PEC 和比色法具有重要意义。
到目前为止，大多数报道的细菌传感器都是基于生物识别元件，如适体，抗体，万古霉素，噬菌体，等。其中，噬菌体是一类专门针对细菌的病毒，对人体无害，由于其在自然界中丰富、增殖能力强、成本效益高、对 pH 和温度变化的耐受性更强，稳定性优越，具有明显的优势。因此，作为细菌识别元件的噬菌体优于适体、抗体和万古霉素。基于噬菌体检测细菌的传感器数量越来越多。然而，噬菌体作为识别元件通常需要固定或功能化来制造生物界面，这不可避免地导致了一些缺点，如耗时、非特异性吸附高和稳定性差。
大多数细菌都具有内源性酶，包括在大肠杆菌（E. coli）中发现的β-半乳糖苷酶（β-gal），革兰氏阳性菌中存在的过氧化氢酶（CAT），以及在细菌中广泛存在的碱性磷酸酶（ALP）。当细菌被噬菌体裂解时，这些酶会释放出来并催化特定的底物，从而影响生化反应并产生用于测量的转导信号。在此基础上，可以精确地确定细菌的浓度。目前，基于从裂解的大肠杆菌中释放的β-gal 触发的酶反应，已经开发出了用于检测大肠杆菌的单模式比色法。值得注意的是，噬菌体对细菌的裂解和随后的酶反应直接在溶液中发生，无需将噬菌体固定在生物界面或进行繁琐的功能化过程。这一优势克服了电极构建相关的挑战问题，使其在应用上更实用。大多数关注β-gal 释放的传感器仅限于检测大肠杆菌的单模式信号，而忽略了像金黄色葡萄球菌这样的其他重要细菌。作为另一种普遍存在且容易污染食品的细菌，金黄色葡萄球菌也被报道具有内源性 CAT，它可以催化 H2O2。然而，目前还没有基于噬菌体裂解释放内源性 CAT 来检测金黄色葡萄球菌的报道。因此，利用噬菌体裂解释放内源性 CAT 开发一种用于简单快速检测金黄色葡萄球菌的双模传感器具有很大的潜力。
在这项工作中，基于相同的检测原理，即依赖于从裂解的金黄色葡萄球菌中释放的 CAT 触发的酶反应，开发了一种用于检测金黄色葡萄球菌的双模生物传感器。这种双模方法允许从单个测试样品中同时获得 PEC 和比色信号。在 PEC 模式中，一定量的 H2O2 有效地抑制了空心 TiO2@CdS 产生的光电流。然而，随着金黄色葡萄球菌的引入，细菌释放的 CAT 消耗 H2O2，随后恢复了 TiO2@CdS 的光电流，从而通过 PEC 模式实现了对金黄色葡萄球菌的检测。由于噬菌体裂解释放 CAT 在溶液中反应的优势，这种 PEC 模式只需要在 ITO 表面修饰 TiO2@CdS，无需任何生物分子固定，减少了非特异性吸附，提高了稳定性，同时使实验步骤更简单、更快。另一方面，在比色模式中，定量的 H2O2 催化 KI 生成 I2，I2 进一步与淀粉反应生成具有特征蓝色和 570nm 吸收峰的淀粉 - I2 复合物。然而，在金黄色葡萄球菌存在的情况下，释放的 CAT 消耗 H2O2，导致 570nm 处的吸光度降低，颜色变浅，从而通过比色法实现对金黄色葡萄球菌的检测。KI 和淀粉比色法的使用经济有效、快速且用户友好。此外，双信号读出有利于提高检测精度。此外，双模传感器已成功应用于牛奶和饮料中实际样品的检测。在确认样品中存在金黄色葡萄球菌后，通过气溶胶喷雾应用噬菌体，以确保食品的全面灭菌。因此，该方法以其简单、经济、灵敏、特异、准确等优点脱颖而出，突显了其在革新食品安全规程方面的潜力。![]()
相关成果以“Colorimetric Dual-Mode Specific Detection of Staphylococcus aureus Based on the Enzymatic Reaction Triggered by Catalase from Lysed Bacteria”，发表在国际学术期刊“Analytical Chemistry”上。
文献链接：点击阅读原文
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c02177
免责声明：原创仅代表原创编译，水平有限，仅供学术交流，本平台不主张原文的版权，如有侵权，请联系删除。文献解读如有疏漏之处，我们深表歉意，请作者团队及时联系我们（微信号：analytichemistry，邮箱：chemanalytical@163.com），我们会在第一时间进行修改或撤稿重发，感谢您的谅解！
![]()
投稿、荐稿、合作请联系邮箱：chemanalytical@163.com![]()
