核酸适配体传感器：破解食源性致病菌快速检测难题的新工具

        食源性致病菌（如沙门氏菌、大肠杆菌 O157:H7、李斯特菌）是引发食源性疾病的核心诱因，据世界卫生组织统计，全球每年因食源性致病菌导致的病例超 6 亿例，不仅威胁公众健康，还造成巨大的经济损失。然而，当前食源性致病菌的早期筛查技术仍存在明显短板 —— 传统培养法需 2-5 天才能出结果，难以满足食品生产流通中的 “快速质控” 需求；PCR、ELISA 等分子检测技术虽缩短了时间，但依赖专业仪器与操作，且易受食品基质（如蛋白质、脂肪）干扰，难以实现现场即时检测（POCT）。

 

        核酸适配体的出现为这一困境提供了新解法。这类通过 SELEX 技术筛选的单链 DNA/RNA 分子，凭借 “分子量小、易化学修饰、高亲和力、耐高温” 的独特优势，成为构建食源性致病菌传感器的理想识别元件。目前，基于适配体的检测方法已实现对多种致病菌的快速筛查，为食品安全管控提供了高效技术路径。本文将系统解析食源性致病菌的检测现状、适配体的筛选流程、适配体传感器的应用场景及未来趋势，为食品检测技术升级提供参考。

一、食源性致病菌检测的现状：传统方法的局限与需求缺口

        要理解适配体传感器的价值，需先明确当前检测技术的核心痛点 —— 食品行业对致病菌检测的核心需求是 “快速（1 小时内）、准确（检出限≤10 CFU/mL）、便携（现场可用）、抗干扰（耐受复杂基质）”，而传统方法难以同时满足这些要求：

检测方法	检测时间	检出限	优势	局限
传统培养法	2-5 天	1 CFU/mL	成本低、结果可靠	耗时过长，无法满足快速质控需求
PCR 技术	3-6 小时	10² CFU/mL	灵敏度高、特异性强	依赖 PCR 仪，食品基质（如油脂）易抑制反应
ELISA 技术	2-4 小时	10³ CFU/mL	操作较简便	抗体易受温度影响，交叉反应率较高
胶体金试纸条	15-30 分钟	10⁴ CFU/mL	便携、肉眼判读	灵敏度低，易出现假阴性

 

        可见，现有技术要么 “快但不准”，要么 “准但不快”，且多数依赖实验室设备，难以在食品加工车间、农贸市场等现场场景应用。而适配体传感器恰好能填补这一缺口 —— 通过适配体的高特异性识别与信号放大技术（如金纳米颗粒、荧光共振能量转移），可实现 “快速检测 + 高灵敏度 + 抗干扰” 的多重需求。

二、食源性致病菌适配体的筛选：SELEX 技术的针对性优化

        适配体的性能直接决定传感器的检测效果，针对食源性致病菌的特性，研究者对传统 SELEX 技术进行了优化，确保筛选出的适配体兼具 “高亲和力” 与 “抗食品基质干扰能力”：

1. 靶标选择：从 “全菌” 到 “特异性抗原”

        食源性致病菌的适配体筛选靶标主要分为两类，需根据检测需求选择：

• 全菌靶标：直接以完整致病菌细胞为筛选对象（如活的沙门氏菌），优势是筛选出的适配体能识别细菌表面的天然抗原构象，抗干扰能力更强；
• 特异性抗原靶标：以细菌表面的特征蛋白（如大肠杆菌 O157:H7 的志贺毒素、李斯特菌的内化素 InlA）为靶标，优势是筛选效率高，适配体特异性更易控制。

2. 筛选方法：结合食品检测需求的技术调整

        为提升适配体的实用性，研究者在 SELEX 流程中引入针对性优化：

• 抗基质筛选：在筛选缓冲液中加入食品基质成分（如牛奶中的酪蛋白、肉类中的脂肪提取物），模拟实际检测环境，确保筛选出的适配体在复杂基质中仍能有效结合靶标；
• 磁珠 - SELEX 为主流：利用磁珠快速分离 “适配体 - 细菌复合物”，减少非特异性序列干扰，通常经过 8-12 轮筛选即可获得高亲和力适配体（KD 值多在 nM 级）；例如，针对沙门氏菌的适配体通过磁珠 - SELEX 筛选后，KD 值达 23 nM，在牛奶样本中对沙门氏菌的检出限低至 10 CFU/mL；
• 高通量测序（NGS）辅助：通过 NGS 分析每轮筛选后的序列丰度，快速定位高亲和力序列，避免传统克隆测序的随机性，缩短筛选周期（从传统的 1-2 个月缩短至 2-3 周）。

三、适配体传感器在食源性致病菌检测中的核心应用

        基于适配体的传感器已发展出多种类型，覆盖不同检测场景（实验室精准检测、现场快速筛查），核心应用包括以下几类：

1. 比色传感器：肉眼可判读的现场检测工具

        比色传感器通常结合金纳米颗粒（AuNPs）的聚集效应 —— 适配体修饰的 AuNPs 在无靶标时呈分散状态（红色），当与致病菌结合后，AuNPs 发生聚集，溶液颜色变为蓝色，通过颜色变化实现定性 / 半定量检测。

• 应用案例：针对大肠杆菌 O157:H7 的适配体比色传感器，将适配体修饰在 AuNPs 表面，在牛肉汁样本中，当细菌浓度≥10² CFU/mL 时，溶液从红色变为蓝色，检测时间仅 20 分钟，无需任何仪器，适合农贸市场现场筛查；
• 优势：操作简便、成本低、结果直观，检出限多在 10¹-10³ CFU/mL，满足食品安全的最低限量要求。

2. 荧光传感器：高灵敏度的实验室精准检测

        荧光传感器通过 “适配体 - 荧光基团 - 猝灭基团” 的组合，利用荧光共振能量转移（FRET）实现信号放大 —— 无靶标时，荧光基团与猝灭基团靠近，荧光被猝灭；当适配体与致病菌结合后，构象改变使猝灭基团远离，荧光恢复，荧光强度与细菌浓度呈正相关。

• 应用案例：针对李斯特菌的适配体荧光传感器，将荧光素（FAM）标记在适配体一端，猝灭剂（BHQ1）标记在另一端，在奶酪样本中，检测限低至 1 CFU/mL，检测时间 30 分钟，且能区分李斯特菌与其他常见乳酸菌（特异性 > 95%）；
• 优势：灵敏度极高（检出限多≤10 CFU/mL），适合食品中低浓度致病菌的精准检测。

3. 电化学传感器：兼具灵敏度与便携性的新选择

        电化学传感器将适配体固定在电极表面，当与致病菌结合后，电极表面的电化学信号（如电流、阻抗）发生变化，通过信号强度定量细菌浓度。这类传感器可微型化（如制作成试纸条式电极），结合便携式电化学工作站，实现现场高灵敏度检测。

• 应用案例：针对沙门氏菌的适配体电化学传感器，将适配体固定在金电极表面，通过差分脉冲伏安法检测信号，在鸡肉样本中，检测限达 5 CFU/mL，检测时间 45 分钟，且对鸡肉中的脂肪、蛋白质等成分不敏感；
• 优势：灵敏度高、抗干扰能力强、可便携化，是未来食品现场检测的主流方向之一。

四、未来趋势：适配体传感器的技术升级方向

        为更好满足食品行业的检测需求，适配体传感器的发展将聚焦三个核心方向：

1. 多靶点同时检测：应对复杂污染场景

        食品污染常涉及多种致病菌（如沙门氏菌与大肠杆菌同时污染），未来需开发 “多适配体集成传感器”—— 在同一检测体系中固定针对不同致病菌的适配体，通过不同信号标签（如不同颜色的荧光基团、不同氧化还原电位的电活性物质）实现多靶点同时检测。例如，已报道的 “三通道荧光传感器” 可同时检测沙门氏菌、大肠杆菌 O157:H7、李斯特菌，检测时间仅 35 分钟，检出限均≤10 CFU/mL。

2. 抗干扰能力强化：适配复杂食品基质

        针对高油脂（如油炸食品）、高蛋白（如牛奶）、高色素（如果汁）等复杂基质，需通过两种方式提升抗干扰能力：

• 适配体优化：在筛选阶段加入基质成分，确保适配体在基质中仍能特异性结合靶标；
• 样品前处理简化：将适配体与 “磁珠捕获” 结合，先通过适配体磁珠从基质中富集致病菌，再进行检测，减少基质直接干扰；例如，针对巧克力中的沙门氏菌检测，通过适配体磁珠富集后，比色传感器的抗干扰能力提升 10 倍。

3. 全自动化与微型化：推动现场检测普及

        未来的适配体传感器将向 “芯片化、自动化” 发展 —— 通过微流控芯片集成 “样品加载、富集、检测” 全流程，实现 “一滴样品、一键操作、几分钟出结果”。例如，已开发的 “微型微流控适配体传感器” 体积仅手掌大小，可自动完成牛奶样本中致病菌的检测，检测时间 25 分钟，检出限 5 CFU/mL，适合食品加工车间的在线质控。

总结

        核酸适配体传感器凭借 “快速、灵敏、抗干扰、易微型化” 的优势，正在重塑食源性致病菌的检测格局 —— 它既解决了传统培养法 “慢” 的问题，又克服了 PCR、ELISA “依赖仪器” 的局限，为食品生产、流通、销售全链条的安全管控提供了高效工具。未来，随着多靶点检测、抗干扰技术、自动化设备的进一步发展，适配体传感器将在食品安全领域发挥更大作用，为公众健康保驾护航。