吳有雪，吳美嬌，田亞晨，王 政，郭 亮，劉 程，方水琴，劉 箐

（上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093）

沙門氏菌（Salmonella）感染是人們持續(xù)關(guān)注的公共衛(wèi)生安全問(wèn)題，據(jù)我國(guó)2015年食源性疾病監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，沙門氏菌造成的食源性疾病占食源性疾病爆發(fā)總數(shù)的11.66%，是造成食源性疾病的第三大致病菌[1]。另外，2015年澳大利亞和2017年歐盟的食源性疾病監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示[2]，由沙門氏菌引發(fā)的食源性疾病分別占食源性疾病爆發(fā)總數(shù)的63.03%、22.12%，是最主要的食源性致病菌。沙門氏菌正不斷威脅人們的生命健康，因此，對(duì)于食品中沙門氏菌的檢測(cè)十分重要。

沙門氏菌是一種革蘭氏陰性桿菌，有2 650多種血清型[3]。鼠傷寒型、甲型副傷寒型沙門氏菌易導(dǎo)致腸熱病，其中，鼠傷寒血清型沙門氏菌是最主要的造成全身感染的沙門氏菌[4]。傳統(tǒng)的沙門氏菌檢測(cè)方法包括分離培養(yǎng)和生化鑒定、免疫分析法、核酸分析法等，由于其靈敏度低、操作繁瑣、耗時(shí)耗力而逐漸被取代，各種新型的檢測(cè)方法不斷發(fā)展。生物傳感器是將生物信號(hào)與物理或化學(xué)換能器結(jié)合并轉(zhuǎn)化為可以監(jiān)測(cè)信號(hào)的一類裝置[5]，由于生物傳感器在沙門氏菌檢測(cè)中表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。在各種類型的傳感器中，基于納米材料的生物傳感器是目前性能最好的生物傳感器[6]。這是由于納米材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可表現(xiàn)出力學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)以及電學(xué)等不同方面的性質(zhì)，將納米粒子的性質(zhì)應(yīng)用于生物信號(hào)的傳導(dǎo)以及生物信號(hào)的固化，有利于提高檢測(cè)的靈敏性，增強(qiáng)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性及簡(jiǎn)便性。使用生物傳感器檢測(cè)沙門氏菌操作更為簡(jiǎn)便、檢測(cè)時(shí)間更短，有利于實(shí)現(xiàn)沙門氏菌的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)。本文就沙門氏菌傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)中各類生物傳感器進(jìn)行了詳盡分析，并對(duì)沙門氏菌生物傳感器的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了闡述，為沙門氏菌檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供研究基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 沙門氏菌傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)

沙門氏菌傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)主要包括常規(guī)培養(yǎng)法、核酸分析法、免疫學(xué)檢測(cè)法等。常規(guī)培養(yǎng)法主要依據(jù)各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法可靠性高，但存在一些局限性。由于表面抗原的改變或丟失，同種血清型沙門氏菌的抗原性可能不同，致使血清學(xué)檢測(cè)方法的敏感性較低，容易產(chǎn)生假陰性[7-8]。此外，腸桿菌科之間生化反應(yīng)多有交叉，可能會(huì)出現(xiàn)假陽(yáng)性[9-10]。核酸分析法是對(duì)沙門氏菌特異性的核酸序列進(jìn)行擴(kuò)增或者識(shí)別的一種技術(shù)[11]。沙門氏菌含有特異性的保守序列侵襲蛋白A（invasion protein A，invA）基因[12]，以此片段設(shè)計(jì)引物和探針進(jìn)行聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction，PCR）鑒定是實(shí)驗(yàn)室中常用的沙門氏菌檢測(cè)方法。目前所用的核酸分析法特異性高、準(zhǔn)確性高，但需要專業(yè)的儀器設(shè)備和工作人員良好的操作水平，對(duì)于大規(guī)模爆發(fā)的沙門氏菌感染事件無(wú)法達(dá)到快速檢測(cè)的要求。免疫學(xué)檢測(cè)法依賴于抗原抗體的特異性結(jié)合，將生物信號(hào)放大為可以監(jiān)測(cè)的化學(xué)信號(hào)，以達(dá)到檢測(cè)細(xì)菌的目的[13]。與常規(guī)培養(yǎng)法相比，免疫學(xué)檢測(cè)法特異性強(qiáng)、靈敏度高，是病原菌檢測(cè)中常用的方法。然而，這些方法在沙門氏菌檢測(cè)方面有一些潛在的缺點(diǎn)，包括耗時(shí)長(zhǎng)、存在交叉反應(yīng)等。

2 生物傳感器

生物傳感器是一類能感應(yīng)生物反應(yīng)并將生物反應(yīng)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大轉(zhuǎn)化為可以檢測(cè)到的光、電等化學(xué)信號(hào)的裝置，其構(gòu)造主要包括識(shí)別元件（抗原、抗體、酶、核酸、微生物、細(xì)胞、組織等）、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)元件、信號(hào)放大元件（圖1[14]）。生物傳感器檢測(cè)沙門氏菌是以抗原抗體的特異性識(shí)別、核酸或適配體對(duì)菌體的特異性識(shí)別為基礎(chǔ)，將生物信號(hào)放大并轉(zhuǎn)化為光學(xué)或者電化學(xué)信號(hào)，通過(guò)建立化學(xué)信號(hào)與沙門氏菌濃度之間的關(guān)系達(dá)到檢測(cè)的目的[15]。

圖1 生物傳感器基本組件圖[14]Fig.1 Basic components of biosensors[14]

2.1 光學(xué)沙門氏菌檢測(cè)生物傳感器

光學(xué)生物傳感器借助光吸收、熒光、聚集誘導(dǎo)發(fā)光、散射等光學(xué)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)生物信號(hào)的可監(jiān)測(cè)化。基于光學(xué)原理的沙門氏菌檢測(cè)是利用光學(xué)材料對(duì)抗原、抗體或適配體進(jìn)行修飾，然后通過(guò)抗原與抗體之間或者適配體與菌體之間的特異性結(jié)合，以材料光學(xué)特性的變化反映細(xì)菌濃度的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)沙門氏菌的檢測(cè)。表1總結(jié)了不同光學(xué)生物傳感器在沙門氏菌檢測(cè)中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，各種生物傳感器檢測(cè)方法的靈敏度更高、檢測(cè)時(shí)間更短、檢測(cè)成本更低且不需要大型的儀器設(shè)備。除熒光標(biāo)記形式的生物傳感器外，大多數(shù)生物傳感器都無(wú)需標(biāo)記，操作更為簡(jiǎn)便。其中，表面等離子共振（surface plasmon resonance，SPR）生物傳感器定量檢測(cè)范圍更廣、檢測(cè)時(shí)間更短，符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求，具有很高的研究?jī)r(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

表1 不同光學(xué)生物傳感器在沙門氏菌檢測(cè)中的應(yīng)用Table 1 Application of different optical biosensors in Salmonella detection

2.1.1 比色法生物傳感器

比色分析法是基于溶液對(duì)光的選擇性吸收而產(chǎn)生的可視化顏色或依靠光譜學(xué)儀器檢測(cè)光學(xué)變化的一類分析方法。利用比色分析法獨(dú)特的光學(xué)特性可以實(shí)現(xiàn)沙門氏菌的快速檢測(cè)，同時(shí)，納米顆粒、適配體等的引入在沙門氏菌檢測(cè)中發(fā)揮了重要的作用，提高了靈敏度，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的可視化。

以抗原抗體特異性結(jié)合的免疫學(xué)檢測(cè)法與生物傳感器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了沙門氏菌檢測(cè)的高靈敏度和高特異性。Wang Lei等[16]利用沙門氏菌抗體修飾的磁性顆粒形成磁柵分離柱來(lái)特異性捕獲沙門氏菌，抗體修飾的Pt@ZIF-8納米催化劑能夠催化3,3’,5,5’-四甲基聯(lián)苯胺（3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine，TMB）顯色。該比色生物傳感器達(dá)到了低至11 CFU/mL的沙門氏菌檢測(cè)限，靈敏度高。此外，適配體與探針在沙門氏菌傳感器中的應(yīng)用也實(shí)現(xiàn)了高靈敏度及快速檢測(cè)的目的。Ma Xiaoyuan等[29]利用4-巰基苯甲酸和硫酸化的鼠傷寒沙門氏菌適配體對(duì)刺狀金納米粒子進(jìn)行功能化修飾，并以此作為表面增強(qiáng)拉曼散射（surface-enhanced Raman scattering，SERS）的納米探針，利用適配體特異性捕獲沙門氏菌，建立夾心式的適配體生物傳感器檢測(cè)平臺(tái)。根據(jù)1 586 cm-1處SERS強(qiáng)度的線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)沙門氏菌的定量檢測(cè)，線性檢測(cè)范圍為10～105CFU/mL，其檢測(cè)限達(dá)到4 CFU/mL。除抗體、適配體外，DNAzyme探針也可作為識(shí)別元件對(duì)沙門氏菌進(jìn)行檢測(cè)。Luo Rong等[20]建立了基于DNAzyme探針自組裝金納米粒子的比色傳感器方法（圖2[20]），在靶序列存在的情況下，靶序列與捕獲探針結(jié)合，進(jìn)一步與金納米粒子（gold nanoparticles，AuNPs）上修飾的檢測(cè)探針結(jié)合，形成夾心式結(jié)構(gòu)。修飾在AuNPs上的DNAzyme探針與血紅素形成G-四鏈體-血紅素復(fù)合物，該復(fù)合物可催化H2O2與TMB的反應(yīng)，發(fā)生顏色的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)沙門氏菌invA基因的檢測(cè)，其檢測(cè)限可達(dá)到3×103CFU/mL。該方法肉眼可見(jiàn)地實(shí)現(xiàn)了基因片段的鑒定，具有省時(shí)、簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。

2.1.2 SPR生物傳感器

SPR是光入射到金屬膜-液體界面上，金屬介質(zhì)表面由于自由電子共振增強(qiáng)了對(duì)入射光的吸收，從而導(dǎo)致折射率改變的一種光學(xué)現(xiàn)象。SPR生物傳感器是基于SPR光學(xué)特性的檢測(cè)儀器，通過(guò)分析物與固定在SPR傳感器上的生物識(shí)別分子相結(jié)合的方式導(dǎo)致折射率變化，由生物分子的含量與折射率的線性關(guān)系反映樣品中沙門氏菌的濃度。Mazumdar等[30]利用SPR傳感器表面的金屬片連接沙門氏菌抗體，通過(guò)捕獲抗體與沙門氏菌結(jié)合引起SPR角度的變化檢測(cè)沙門氏菌，檢測(cè)限為1.25×105cell/mL。

為了更好地提高SPR生物傳感器的靈敏性，研究人員將金屬片與納米粒子相結(jié)合以增加折射率的變化，在沙門氏菌檢測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用。Liu Xia等[31]將磁性納米粒子修飾的抗體連接Au片，將其固定在SPR傳感器的表面以捕獲沙門氏菌，沙門氏菌與抗體結(jié)合后導(dǎo)致折射率發(fā)生改變。此傳感器對(duì)于腸炎沙門氏菌的檢測(cè)限低至14 CFU/mL，并在14～1.4×109CFU/mL內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，該方法靈敏度高、檢測(cè)范圍廣，是一種很好的檢測(cè)腸炎沙門氏菌的方法。Lan Yubin等[32]也利用Au包裹的SPR傳感器特異性捕獲鼠傷寒沙門氏菌，檢測(cè)雞肉中沙門氏菌的含量，檢測(cè)限為106CFU/mL。同時(shí)，等離子聚合物的發(fā)現(xiàn)也提高了沙門氏菌快速檢測(cè)的速率，有效縮短了檢測(cè)時(shí)間。Makhneva等[33]利用戊二醛激活沉積在SPR傳感器表面的等離子體聚合物，以連接抗體，形成抗體的固定化平臺(tái)。通過(guò)抗原抗體結(jié)合引起的折射率變化反映沙門氏菌的濃度，其檢測(cè)限為105CFU/mL，檢測(cè)時(shí)間縮短至10 min。此方法檢測(cè)時(shí)間很短，但與上述基于納米粒子的SPR生物傳感器相比，檢測(cè)限差了4 個(gè)數(shù)量級(jí)，有待進(jìn)一步的改善。

2.1.3 熒光生物傳感器

一些物質(zhì)經(jīng)過(guò)紫外光的照射后，其含有的各原子被激發(fā)，處于激發(fā)態(tài)的原子間發(fā)生原子能級(jí)的躍遷，從而反射出各種可見(jiàn)光，使物質(zhì)呈現(xiàn)熒光現(xiàn)象?；跓晒獾陌l(fā)生原理，利用物質(zhì)之間的相互作用產(chǎn)生的熒光增強(qiáng)、熒光猝滅、催化熒光等現(xiàn)象，已被廣泛應(yīng)用于微生物的鑒定?；跓晒猬F(xiàn)象的生物傳感器實(shí)現(xiàn)了沙門氏菌快速靈敏的檢測(cè)，且大大縮短了檢測(cè)時(shí)間。

圖2 DNAzyme探針自組裝的金納米粒子作為單標(biāo)記物的沙門氏菌比色傳感器[20]Fig.2 DNAzyme probe self-assembled gold nanoparticles used as a single label in colorimetric sensor for Salmonella detection[20]

Xiong Ying等[34]利用histone-ds-poly（AT）模板化的銅納米粒子的熒光信號(hào)作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子，AT模板化的銅納米粒子連接捕獲抗體，實(shí)現(xiàn)對(duì)霍亂沙門氏菌的捕獲，沙門氏菌進(jìn)一步結(jié)合氧化葡萄糖氧化酶標(biāo)記的檢測(cè)抗體。氧化葡萄糖氧化酶可控制熒光物質(zhì)的合成，由熒光信號(hào)的變化即可得出霍亂沙門氏菌濃度的變化，此熒光免疫生物傳感器對(duì)霍亂沙門氏菌具有極好的敏感性，檢出限為8.8×104CFU/mL，比基于TMB的傳統(tǒng)免疫分析法低3 個(gè)數(shù)量級(jí)。但此方法需要對(duì)檢測(cè)抗體進(jìn)行標(biāo)記，操作步驟繁瑣且每次標(biāo)記的質(zhì)量存在誤差。此外，一些無(wú)需標(biāo)記的檢測(cè)方法也被用于沙門氏菌的檢測(cè)，Srinivasan等[26]建立了一種檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌的無(wú)標(biāo)記適配體熒光傳感器的方法（圖3[26]），當(dāng)適配體和AuNPs與羅丹明（rhodamine，RB）共混時(shí)，RB通過(guò)熒光共振能量轉(zhuǎn)移（fluorescence resonance energy transfer，F(xiàn)RET）發(fā)生明顯猝滅，鼠傷寒沙門氏菌加入后與適配體特異性結(jié)合導(dǎo)致RB熒光的恢復(fù)，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，從而顯示出樣品中鼠傷寒沙門氏菌濃度與熒光強(qiáng)度的線性關(guān)系，該方法在2×103～8×103CFU/mL呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，最低檢測(cè)限為464 CFU/mL。此外，量子點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)也開(kāi)創(chuàng)了新的沙門氏菌檢測(cè)方法，Wang Beibei等[35]基于最大發(fā)射量在514 nm（綠色發(fā)射）和578 nm（橙色發(fā)射）的量子點(diǎn)建立了FRET系統(tǒng)。腸炎沙門氏菌的結(jié)合導(dǎo)致FRET體系被破壞，雙色量子點(diǎn)的能量共振轉(zhuǎn)移被阻斷，使得綠色發(fā)射量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度上升，橙色發(fā)射量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度下降，此熒光強(qiáng)度變化與沙門氏菌濃度有良好的線性關(guān)系，檢測(cè)線性范圍為75～5×105CFU/mL，檢測(cè)限為10 CFU/mL。此方法檢測(cè)的線性范圍廣、檢測(cè)限低、操作簡(jiǎn)便，并可對(duì)沙門氏菌進(jìn)行定量檢測(cè)。

圖3 無(wú)標(biāo)記適配體沙門氏菌熒光生物傳感器[26]Fig.3 Fluorescent biosensor with unlabeled aptamers for Salmonella detection[26]

2.1.4 化學(xué)發(fā)光生物傳感器

物質(zhì)間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由激發(fā)態(tài)到基態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生的光輻照現(xiàn)象或者激發(fā)態(tài)物質(zhì)經(jīng)能量轉(zhuǎn)移生成新物質(zhì)并躍遷回基態(tài)而產(chǎn)生的光輻照現(xiàn)象都稱為化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象?；诨瘜W(xué)發(fā)光現(xiàn)象設(shè)計(jì)的生物傳感器使沙門氏菌簡(jiǎn)便、靈敏、可視化的檢測(cè)成為可能。

Hao Liling等[27]采用適配體修飾的Fe3O4磁性納米顆粒作為捕獲探針，N-(4-氨丁基)-N-乙基異魯米諾結(jié)合AuNPs作為信號(hào)探針，構(gòu)建穩(wěn)態(tài)的化學(xué)發(fā)光體系。此穩(wěn)態(tài)化學(xué)發(fā)光傳感器可特異靈敏地檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌，線性檢測(cè)范圍為32～3.2×106CFU/mL，最低檢測(cè)限為10 CFU/mL。另一項(xiàng)研究表明，Mn2+摻雜的NaYF4:Yb, Tm具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，Mn2+摻雜的NaYF4:Yb, Tm上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子與AuNPs間可產(chǎn)生靜電相互作用，導(dǎo)致發(fā)光猝滅現(xiàn)象的產(chǎn)生[36]。阻斷它們之間的相互作用即可導(dǎo)致發(fā)光的恢復(fù)，因此，Cheng Keyi等[36]利用此現(xiàn)象制備了一種高靈敏度的發(fā)光生物傳感器檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌。AuNPs與適配體連接的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子可產(chǎn)生發(fā)光猝滅現(xiàn)象，添加鼠傷寒沙門氏菌后，由于上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子-適配體-鼠傷寒沙門氏菌的形成而導(dǎo)致發(fā)光的恢復(fù)。根據(jù)發(fā)光的強(qiáng)度可反映鼠傷寒沙門氏菌的濃度，其線性范圍為12～5×105CFU/mL，檢測(cè)限低至11 CFU/mL。以上兩種發(fā)光生物傳感器利用物質(zhì)獨(dú)特的發(fā)光性能，無(wú)需任何標(biāo)記，且操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、線性檢測(cè)范圍廣。

2.2 電化學(xué)沙門氏菌檢測(cè)生物傳感器

近年來(lái)電化學(xué)生物傳感器由于其高靈敏度、高通用性、儀器的便攜化受到人們的廣泛關(guān)注[37]，這些傳感器依賴于抗原、抗體、核酸、適配體等的生物偶聯(lián)，將生物信號(hào)經(jīng)電子、電阻傳導(dǎo)轉(zhuǎn)化為可以監(jiān)測(cè)的化學(xué)信號(hào)。其中，最常見(jiàn)的生物傳感器包括電流型生物傳感器、阻抗型生物傳感器、電導(dǎo)型生物傳感器等。表2總結(jié)了不同電化學(xué)生物傳感器在沙門氏菌檢測(cè)中的應(yīng)用，多數(shù)的電化學(xué)生物傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)沙門氏菌的定量檢測(cè)，靈敏度高、檢測(cè)時(shí)間短。其中，電流型生物傳感器定量檢測(cè)范圍更廣，對(duì)于電流的測(cè)定更為常見(jiàn)。因此，此傳感器有望得到進(jìn)一步的研究和完善，并得到推廣。

表2 不同電化學(xué)生物傳感器在沙門氏菌檢測(cè)中的應(yīng)用Table 2 Application of different electrochemical biosensors in Salmonella detection

2.2.1 電流型生物傳感器

電流型生物傳感器是基于電流變化作為生物信號(hào)放大標(biāo)志的檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)生物信號(hào)產(chǎn)生離子聚合物電學(xué)特性的變化或者電子轉(zhuǎn)移而引起電極表面電流的變化，從而將生物信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)。目前，已有多種電流型生物傳感器應(yīng)用于沙門氏菌的檢測(cè)。

常用的電流型生物傳感器以免疫學(xué)檢測(cè)為基礎(chǔ)，Silva等[40]基于聚合物離子選擇電極對(duì)零電流離子流變化的高度敏感性原理，將AuNPs聚合物包膜涂附在自制電極表面，作為輸出信號(hào)放大的元件，并作為抗體的固化平臺(tái)。沙門氏菌結(jié)合前，電極內(nèi)充液中離子流入達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，加入沙門氏菌后，傳感器表面的固定抗體與沙門氏菌結(jié)合引起離子通量的阻塞效應(yīng)，從而產(chǎn)生電位的偏移，通過(guò)電位偏移量可檢測(cè)樣品中的鼠傷寒沙門氏菌（圖4[40]）。檢測(cè)時(shí)間小于1 h，檢測(cè)限低至6 cell/mL。該方法的靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)時(shí)間較短，但是無(wú)法進(jìn)行沙門氏菌的定量檢測(cè)。Rao等[45]采用DNA重組技術(shù)制備重組鞭毛融合蛋白包裹絲網(wǎng)印刷電極，形成鞭毛融合蛋白-血清沙門氏菌-磷酸酶標(biāo)記抗體的檢測(cè)平臺(tái)，以堿性磷酸酶水解產(chǎn)生的1-萘酚作為安培法的檢測(cè)信號(hào)，可靈敏地檢測(cè)人血清中的沙門氏菌，并與健康人血清的檢測(cè)結(jié)果形成明顯的對(duì)照。此外，對(duì)苯二酚在辣根過(guò)氧化物酶存在的條件下氧化還原H2O2，可以引起峰值電流的降低，Ye Yongkang等[46]利用此電流信號(hào)的變化設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)沙門氏菌invA基因的電化學(xué)生物傳感器。該方法將聚吡咯還原的氧化石墨烯納米復(fù)合涂層在玻碳電極表面作為感應(yīng)電流的信號(hào)元件，將辣根過(guò)氧化物標(biāo)記的DNA與目標(biāo)基因片段結(jié)合以催化對(duì)苯二酚與H2O2的氧化還原反應(yīng)，該反應(yīng)引起電化學(xué)信號(hào)的變化，實(shí)現(xiàn)了invA基因的檢測(cè)。該生物傳感器能重復(fù)穩(wěn)定地檢測(cè)沙門氏菌，檢測(cè)范圍為9.6～9.6×104CFU/mL，檢測(cè)限為8.07 CFU/mL。

圖4 沙門氏菌電位免疫傳感器[40]Fig.4 Potential immunosensor for Salmonella detection[40]

2.2.2 阻抗型生物傳感器

阻抗型生物傳感器一般基于兩種原理，一種是細(xì)菌生長(zhǎng)產(chǎn)生的代謝物可以引起電導(dǎo)率的變化；另一種是細(xì)菌與電極表面的相互作用引起阻抗的變化[47]。目前，阻抗型生物傳感器由于具有體積小、成本低、檢測(cè)快的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于沙門氏菌的檢測(cè)。

Mutreja等[48]在石墨烯-氧化石墨烯修飾的絲網(wǎng)印刷碳電極上連接沙門氏菌外膜蛋白D抗體作為鼠傷寒沙門氏菌的檢測(cè)探針，抗體與沙門氏菌的特異性結(jié)合引起電極表面阻抗的變化，通過(guò)免疫傳感器的阻抗變化來(lái)反映沙門氏菌的濃度，該方法可特異性地檢測(cè)水和果汁中的沙門氏菌，檢測(cè)靈敏度達(dá)10 CFU/mL。此外，納米材料在阻抗生物傳感器中的應(yīng)用縮短了菌體富集的時(shí)間，使檢測(cè)更加省時(shí)、靈敏度增強(qiáng)。Nguyen等[49]利用磁性二氧化硅納米管（magnetic silica nanotubes，MSNTs）進(jìn)行沙門氏菌的富集和阻抗免疫傳感器信號(hào)的增強(qiáng)，鼠傷寒沙門氏菌抗體固定在交叉微電極上，鼠傷寒沙門氏菌與MSNTs上連接的抗體進(jìn)行特異性結(jié)合，導(dǎo)致阻抗響應(yīng)下降，從而實(shí)現(xiàn)沙門氏菌的檢測(cè)。該傳感器從細(xì)菌分離到檢測(cè)完成僅需30 min，且對(duì)103～107CFU/mL下的鼠傷寒沙門氏菌有良好的阻抗響應(yīng)。除抗體外，適配體與沙門氏菌的結(jié)合也在阻抗型生物傳感器中得到了應(yīng)用。Sheikhzadeh等[43]對(duì)適配體與傷寒沙門氏菌結(jié)合后影響吡咯-3-羧酸與吡咯共聚物的電學(xué)性能特性進(jìn)行研究，沙門氏菌的結(jié)合引起體系中阻抗的變化，阻抗的變化量反映了樣品中沙門氏菌的含量，其線性檢測(cè)范圍為102～108CFU/mL，定量限為100 CFU/mL，檢出限為3 CFU/mL。

2.2.3 電導(dǎo)型生物傳感器

電導(dǎo)型生物傳感器以導(dǎo)電聚合物作為電化學(xué)轉(zhuǎn)換器，將生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)電導(dǎo)率的變化反映細(xì)菌的濃度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌的檢測(cè)。聚苯胺作為常用的導(dǎo)電聚合物，由于其優(yōu)良的液態(tài)穩(wěn)定性、良好的電子特性以及較強(qiáng)的生物分子相互作用，已被應(yīng)用于生物傳感器。Muhammad-Tahir等[44]構(gòu)建了由樣品墊、結(jié)合墊、捕獲墊和吸水墊組成的傳感器。將聚苯胺結(jié)合的抗體固定于捕獲墊上，捕獲墊兩端鍍有銀電極并與電子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，以此形成電導(dǎo)型生物傳感器。通過(guò)抗原與捕獲墊上的抗體結(jié)合產(chǎn)生電導(dǎo)率的變化從而檢測(cè)沙門氏菌。該方法檢測(cè)限為79 CFU/mL，檢測(cè)時(shí)間縮短至10 min，實(shí)現(xiàn)了較高的靈敏度以及快速檢測(cè)的目的。與其他的電化學(xué)傳感器相比，其制作方法簡(jiǎn)便，但是電導(dǎo)率與沙門氏菌濃度之間無(wú)線性關(guān)系，無(wú)法進(jìn)行定量檢測(cè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)，由沙門氏菌感染引起的食源性疾病越來(lái)越多，人們對(duì)沙門氏菌檢測(cè)的關(guān)注度逐漸增強(qiáng)，沙門氏菌檢測(cè)方法也在不斷的更新。傳統(tǒng)的沙門氏菌檢測(cè)方法（如常規(guī)培養(yǎng)法、核酸分析法、免疫學(xué)檢測(cè)法等）具有某些局限性。而基于免疫學(xué)和核酸分析的生物傳感器檢測(cè)技術(shù)由于靈敏度高、檢測(cè)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)便、不需要專門的操作技術(shù)而逐漸得到發(fā)展。

納米材料的引入以及多種檢測(cè)方法的結(jié)合使生物傳感器在病原菌檢測(cè)方面得到廣泛應(yīng)用。除常用的比色生物傳感器和電化學(xué)生物傳感器外，對(duì)壓電生物傳感器[50]的應(yīng)用也進(jìn)行了不斷的創(chuàng)新。Han Song等[51]采用壓電傳感器結(jié)合連續(xù)流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)糞便樣品中艱難梭菌（Clostridium difficile）毒素B基因的直接檢測(cè)。此外，微流控系統(tǒng)集成的生物傳感器實(shí)現(xiàn)了多種病原菌的便攜式檢測(cè)[52]。An Xisen等[53]采用單細(xì)胞微流控芯片實(shí)現(xiàn)了鼠傷寒沙門氏菌的檢測(cè)，檢測(cè)限為50 CFU/mL，但檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)（約5 h），無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)直接快速的檢測(cè)。核磁共振生物傳感器也已用于牛奶中沙門氏菌的檢測(cè)[54]，實(shí)現(xiàn)了2.4×104CFU/mL沙門氏菌的檢測(cè)，該生物傳感器抗干擾能力強(qiáng)、特異性強(qiáng)，有利于實(shí)現(xiàn)沙門氏菌的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，但檢測(cè)靈敏度有待提高。以上生物傳感器的靈敏度、特異性和抗外界干擾能力得到了很大的提高，大大縮短了檢測(cè)時(shí)間，并擺脫了傳統(tǒng)檢測(cè)方法對(duì)大型儀器設(shè)備以及操作人員的依賴性。但是，目前所研究的傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種沙門氏菌的同時(shí)檢測(cè)；生物傳感器的識(shí)別元件多為抗體，抗體制備周期長(zhǎng)導(dǎo)致傳感器生產(chǎn)周期長(zhǎng)；且檢測(cè)結(jié)果大多需要儀器讀取等。因此，可以將電化學(xué)的穩(wěn)定性以及光學(xué)的可視化相結(jié)合，并引入納米材料進(jìn)行生物信號(hào)的放大，不斷地縮短檢測(cè)時(shí)間和降低成本，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的可視化、檢測(cè)設(shè)備的便攜性和微型化；另外，納米抗體作為一種高特異性、高親和力的新型抗體，其分子質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在工程菌中大量表達(dá)，在室溫下保存相當(dāng)穩(wěn)定，具有較高的耐熱性和穩(wěn)定性，可以代替普通抗體，理論上能夠延長(zhǎng)生物傳感器的使用時(shí)間、提高穩(wěn)定性。生物傳感器在沙門氏菌的檢測(cè)方面發(fā)揮了重大作用，未來(lái)將會(huì)得到進(jìn)一步的研究與推廣，甚至在所有食源性致病菌檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。