《食品科学》：西北农林科技大学张敏副教授等：沙门氏菌电化学适配体传感器的研究进展

沙门氏菌是肠杆菌科沙门氏菌属，又分为两个不同的种，即肠道沙门氏菌（Salmonella enterica）和邦戈里沙门氏菌（Salmonella bongori）。在世界各国的细菌性食物中毒案例中，沙门氏菌引起的食物中毒常居榜首。

近几年，电化学适配体传感器由于其经济、快速、灵敏等优点得到广泛关注，并逐渐被应用于沙门氏菌的检测中。核酸适配体特异性识别并结合其靶标的单链DNA或RNA分子，基于其优异的特异性、灵敏度、高亲和力等优势，其在致病菌检测和生物分子筛选方面具有巨大的潜力。

西北农林科技大学食品科学与工程学院的郝进华、龚梓琪、张敏*等就沙门氏菌结构、电化学适配体的制备以及信号传感策略进行综述，旨在为沙门氏菌的电化学检测提供参考，从而保障食品安全。

1 沙门氏菌的结构

1.1 基于沙门氏菌不同结构构建的电化学生物传感器

沙门氏菌是一种革兰氏阴性菌，大小为（0.5～1.5）μm×（2～5）μm。沙门氏菌的结构包括拟核、鞭毛、质粒、核糖体、细胞质、细胞膜、细胞壁、荚膜和纤毛，其结构如图1所示。其中几种结构的组成成分可以和不同的生物受体特定结合从而应用于沙门氏菌的电化学生物传感器检测。

1.1.1 外膜蛋白（OMPs）和脂多糖（LPS）

沙门氏菌的细胞壁由肽聚糖、外膜和壁膜间隙组成，其中外膜又由蛋白质、磷脂质和LPS构成。沙门氏菌外膜上广泛存在着C8-脂肪族酯基团，可以作为沙门氏菌酯酶结合的生化底物。OMPs被认为是诱导特异性保护性免疫应答的重要抗原。LPS由脂质和多糖组成，沙门氏菌的LPS包含3 个部分：脂类A、核心多糖和O-多糖抗原侧链。在电化学免疫传感器中用于捕获沙门氏菌细胞的抗体主要识别LPS的寡糖（如O抗原），较少识别OMPs。然而在Muniandy等研发的用于检测肠道沙门氏菌的适配体传感器则基于适配体与沙门氏菌的OMPs特异性结合。以噬菌体作为生物识别元件的电化学生物传感器，LPS可以作为作用受体和噬菌体进行特异性结合。

1.1.2 荚膜多糖

沙门氏菌的抗原比较复杂，一般沙门氏菌具有菌体抗原（O抗原）、鞭毛抗原（H抗原）和表面多糖抗原（Vi抗原）3 种抗原。O抗原存在于菌体细胞壁最外层，化学成分为类脂-多糖-多肽复合物，由多糖决定其特异性；H抗原是存在于鞭毛之中的一种蛋白质，其特异性由肽链中氨基酸的排列顺序及空间构型决定；Vi抗原为O抗原表面的荚膜抗原，具有该抗原的细菌可阻止O抗原与抗体结合，从而不被相应的O血清凝集。Maurya等基于Vi抗原研发了新型电化学适配体传感器用于检测鼠伤寒沙门氏菌。

1.1.3 拟核基因

沙门氏菌的核酸包括DNA和RNA。DNA分为基因组DNA和质粒DNA，基因组DNA存在于沙门氏菌的拟核（没有核膜包被的细胞核）中；质粒DNA存在于质粒中，质粒中有除染色体以外的环形双链的DNA分子，携带遗传信息。沙门氏菌毒力岛（Salmonella pathogenicity islands，SPI）是位于基因组上10～100 kb大小不等的基因簇，其中SPI-1是位于沙门氏菌染色体上游的基因簇，几乎存在于所有沙门氏菌血清型中，invA是其中一种高度保守的基因。沙门氏菌按血清型分类，具有多种靶基因，包括invA、oriC、hilA、ttrRSBC等。在沙门氏菌的这些靶标特征中，invA基因包含沙门氏菌特有的序列，这使其成为沙门氏菌检测的潜在靶标。

1.1.4 菌毛蛋白

菌毛蛋白FimA是细菌表面的一些丝状附属物，其在病原菌感染机体形成菌膜的初始黏附、菌膜发展甚至细菌间的信号传递等过程中均有重要作用。周佳琪筛选了对鼠伤寒沙门氏菌FimA具有特异性的适配体，可以用于后续构建检测沙门氏菌的电化学适配体传感器。

1.2 沙门氏菌适配体链在电化学传感器中的相关应用

核酸适配体基于其特异性强和亲和力高等优势，在沙门氏菌检测中被广泛应用。核酸适配体筛选和应用技术，包括金纳米颗粒（AuNPs）侧流检测、荧光检测、电化学检测。如表1所示，这些适配体序列是基于沙门氏菌的不同结构作为靶标用电化学技术筛选出亲和力较高，可用于构建电化学适配体传感器检测沙门氏菌的适配体序列。图2为各适配体序列在电化学检测沙门氏菌的研究中对应文献的数量，适配体序列5还没有被应用于实际的沙门氏菌电化学检测中，故没有列在图中。

上述适配体链近几年在沙门氏菌电化学检测的研究中其应用情况如表2所示。Joshi等筛选发现了以沙门氏菌OMPs为靶标的高亲和力适配体，即适配体序列1“5’-TATGGCGGCGTCACCCGACGGGGACTTGACATG ACAG-3’”，这项工作验证了该适配体是捕获全细胞并检测致病菌的高亲和力适配体。同时，该研究进一步发展为可以直接检测（无需事先富集）复杂样品基质中致病菌的方法，也被广泛应用于电化学适配体传感器的构建工作中。但其他适配体链的在电化学传感器中的应用还比较少，有待后续更多的研究。适配体序列3的研究是第一个基于适配体的细菌活性传感器的研究并进行了相关原理证明，该传感器利用了适配体的可调特异性，可以区分活细菌和死细菌，还被应用于开发检测其他微生物和孢子的活性传感器。

2 电化学适配体传感器的制备

2.1 电极修饰材料

高性能电化学传感器构建的关键在于制备高活性电极，主要体现在寻找优良的活性材料和有效的组装改性方法，从而实现电极表面直接快速的电子和质子转移过程，提高电活性材料的催化效率，增强电极响应信号，增大表面积和增加结合位点，减少其表面污垢，并抑制与电极动力学竞争的不良反应。这些优点可以使传感器具备高灵敏度、高选择性和高稳定性的电信号。目前，检测沙门氏菌的电化学适配体传感器相关研究中，修饰工作电极的材料大致分为金属材料、碳基材料、复合材料以及其他材料，其分类示意图如图3所示。

2.1.1 金属材料

金属材料包括NPG、AuNPs和MOF等。NPG作为一种特殊的纳米材料，主要是由大量相互贯通的纳米级孔隙和骨架构成，孔径一般介于0.1～100 nm。NPG不仅具有连续三维立体纳米孔洞、大的比表面积、高的孔隙率，而且还具有高导电率、抗腐蚀等金属材料专属的优良特性。在电化学传感器领域，NPG主要被用于电极修饰，以提高检测的灵敏度。Ranjbar等构建基于NPG的检测鼠伤寒沙门氏菌的适体传感器，通过对介质中的合金膜进行负电压到正电压的伏安扫描选择性去除金铜合金中的铜进行电化学合成NPG。在金电极或GCE表面形成了纳米孔径的NPG薄层，并采用扫描电子显微镜技术对其进行表征。相比于金膜（无孔）和普通金电极，NPG由于其高表面积、多缺陷位点和硫醇修饰的适配体之间结合能更高，从而可以将大量的适配体更加稳定的固定在其表面。进而在形成自组装单分子层方面更有效，构建的适体传感器对沙门氏菌表现出更好的选择性和灵敏的响应。AuNPs为电化学传感领域注入了新活力，是修饰电极表面的有效可行材料之一。AuNPs比表面积大，修饰在电极表面增加了电活性面积。同时，导电性能优异，可以加快电活性物质与电极表面块体材料之间的电子转移速度，也可作为电催化剂直接催化分析待测物质的氧化还原反应。并且AuNPs具有生物相容性，可以与适配体结合且不会改变其生物活性，进而被广泛应用于电化学适配体传感器。MOF是一种具有周期性晶格的多孔结构材料，它通过配位原理由金属离子和有机配体自组装形成，具有高比表面积、不饱和配位点、有序孔隙率、高热稳定性和结构可调性，一度成为生物传感研究领域的“热点”。由于基团的丰富度、π-π堆积和氢键等作用力，也常被用作适配体的固定载体。这些金属材料的修饰一定程度上可以增强电极的导电性，进而增加电化学检测时的灵敏度，但是材料本身价格比较昂贵，在经济效益方面不占据优势。

2.1.2 碳基材料

碳基材料中被广泛应用于电极修饰材料的有CNT、rGO等。CNT是有希望替代金属或GCE的材料，在水溶液和非水溶液中都具有一定的特性，例如电子快速转移和防污性能。CNT基于以上这些特性可用作电化学传感器中的换能器，以便检测离子、代谢物和蛋白质等生物标志物。由于其高表面积特性和大量可用于结合特定目标分析物的位点，基于CNT的生物传感器能够实现低检测灵敏度阈值。通过固定核酸和金属纳米颗粒等生物识别元件，进一步提高该传感器的选择性和灵敏度。rGO因其超高电子转移能力、大表面体积比、生物相容性以及与适体DNA碱基的独特相互作用等优异性能，已成为检测致病菌有前途的纳米材料。碳基材料一定程度上可以增加电极的稳定性，从而提高了电化学检测时的重现性。同时，为了增加基团的丰富度，常常对碳基材料表面进行功能化，比如在其表面增加含氧官能团，虽然有利于适配体的固定，但是碳基材料的导电性也会受到影响，进而降低了检测时的灵敏度。

2.1.3 复合材料

具有不同功能特性纳米材料能够在多个方面提升传感器的性能，而单一的纳米材料往往无法满足上述要求，因此，研究人员通过纳米材料的复合为传感器的构建提供更多可能。复合纳米材料是指两种或两种以上含纳米单元相的材料复合而成的材料。近几年纳米技术不断进步，各种形态的复合纳米材料在电化学适配体传感器领域不断地发展着。复合纳米材料不仅能够保留复合前各组分的优良性能，还会产生单一组分所不具备的新特性，是当前提高电化学适配体传感器性能的热点之一。Lopez-Tellez等开发了一种沙门氏菌生物传感器，该传感器是通过rGO-MWCNT纳米复合材料直接固定在GCE表面上获得的。除了提供优异的导电性和可溶性的rGO纳米复合材料外，AP还可以作为氧化还原反应的电活性指示剂。采用差脉冲伏安法监测无标记单链DNA适配体与待测鼠伤寒沙门氏菌的相互作用。Dinshaw等采用rGO和CHI复合材料在GCE上电沉积制备了rGO-CHI适体传感器用来检测沙门氏菌。Zhu Yangguang等对rGO-二氧化钛修饰的适体传感器进行了研究以检测肠炎沙门氏菌。以上这些电化学适配体传感器都具有较好的灵敏度，复合纳米材料也因为其优良的特性被广泛应用于电化学检测沙门氏菌，但其由于材料的增加，制备传感器的成本相应增加，过程也更加繁琐，重复性也相应受到影响，这也是当前传感器制备过程面临的一大难题。

2.1.4 其他材料

导电共轭聚合物是用于制造功能界面和传感表面优势突出的多功能材料。它们结合了金属和传统聚合物的特性，并已应用于电化学生物传感器中。其π-π共轭骨架有利于电子的传递与能量的转移，增强了导电性能。同时，由于其单体结构的多样性及可修饰性，带有特定官能团的共轭聚合物不断被开发出来。对比小分子，共轭聚合物具有“分子线效应”，即共轭聚合物链上的任一位点捕获到被检测物时，整条链都会受到“扰动”，信号立即由局部传递到整条链，达到电流信号放大的效果，增强了传感器的灵敏度，聚吡咯类是常见的共轭聚合物。芳基重氮阳离子通过氮的损失形成相应的芳基自由基。然后，这种非常活跃的自由基与电极反应，通过形成共价键导致有机层的牢固附着。这种策略的优点是易用性、简单性以及修改电极表面所需的时间相对较短（几秒钟到一分钟）。由于在表面形成强共价键，改性体系即使在暴露在空气中也表现出长期稳定性。在酸性条件下，重氮对电化学扰动的稳定性优于金电极上的硫醇。此外，基于连接到芳基重氮上的R基团可以引入多种官能团，例如生物素、羧基、氨基等。同时，重氮的电接枝在表面覆盖方面表现出独特的特性，由于电极表面修饰的分子层非常稳定，使得用芳基重氮盐修饰的电极界面在电化学传感器中的应用非常广泛。

2.2 适配体在电极上的固定方式

2.2.1 共价结合

化学键共价结合固定方法是指末端修饰化学基团（最常见的为氨基）的适配体与传感器表面相应的化学基团（羟基、羧基、氨基等）相互作用，并在化学键共价结合作用力的驱动下，传感器表面形成一层有序的薄膜。Lopez-Tellez等开发了一种沙门氏菌适配体传感器（图4），该传感器由rGO和羧基修饰的MWCNT直接固定在GCE表面上获得，具有沙门氏菌特异性，并且由氨基修饰的适配体通过酰胺键与rGO-MWCNT复合材料共价结合，两者比较牢固地结合在电极表面。化学键共价结合固定方法在适配体传感器中的应用提高了传感器表面固定适配体的特异性减少了非特异性吸附所产生的干扰信号。适配体可以通过该方式固定在多种传感器表面，丰富了所构建的传感器的种类和应用范围。但该固定方式需要对传感器表面进行复杂的化学修饰，步骤比较繁琐，同时也会引进许多新的干扰因素如表面活化剂、交联剂等的副作用。因此需要综合考虑反应体系中各种化学试剂、适配体、目标物所需的理化条件、浓度等。

2.2.2 自组装

金硫键自组装膜固定方法是指末端（3’端或5’端）标记有巯基的适配体在金硫键成键驱动作用力下有序吸附在传感器金载体表面并形成单层膜。适配体通过金硫键直接固定在传感器表面是最简单和常用的方法，传感器金载体表面包括电化学金电极等金平面和金纳米棒、AuNPs等非平面。Ranjbar等为了将核酸适配体固定在NPG/Au/GCE表面并制备适配传感器，将硫醇化适配体滴在修饰电极表面并保持过夜。在此期间，自组装通过硫醇化适配体的巯基官能团与NPG连接形成。这种方法虽然简便易行，但是其稳定性远不及共价键结合那般牢固。适配体通过金硫键自组装固定在传感器表面方法直接、步骤简单、不需要对传感器表面进行复杂的化学修饰，所构建的适配体传感器对目标物的检出限较低。但也存在不足之处，例如适配体在金表面常常会发生较强的非特异性吸附，需要加入共吸附剂（末端含有巯基的短碳链化合物），并且这种固定方式只能将适配体固定在金或镀金载体表面，而其他诸如硅、CNT等表面不适用，大大限制了适配体通过金硫键自组装膜构建传感器的种类和应用范围。

2.2.3 π-π堆积作用

π-π堆积作用是一种非共价键相互作用，常常发生在芳香环之间，通常存在于相对富电子的纳米材料和缺电子的适配体之间。Dinshaw等将水溶性rGO-AP纳米复合材料滴铸在GCE上形成稳定的薄膜，并产生更高的峰值电流。然后通过DNA核苷酸碱基与rGO-AP表面之间的π-π相互作用，将DNA适配体固定在rGO-AP/GCE上。这种相互作用牢固性一般，所以常常与其他固定方式相结合使用，比如在适配体上连接氨基与修饰材料发生π-π堆积作用的同时进行共价结合。

2.2.4 互补核苷酸链连接

互补核苷酸链连接固定方法是在适配体末端连接一小段核苷酸短链，通过它与传感器表面修饰的另一段相应互补短链杂交而被固定的方法。Dai Ge等构建了基于适配体测定鼠伤寒沙门氏菌的电化学方法。以UiO-67/GR型MOF-石墨烯复合材料为底物，适配体-AuNPs-HRP偶联信号放大探针。适配体的磷酸末端和部分互补DNA（cDNA）通过UiO-67的磷酸盐和Zr-OH基团之间的化学络合与UiO-67/GR共价结合，然后鼠伤寒沙门氏菌和cDNA将竞争结合位点。适配体-AuNPs-HRP与鼠伤寒沙门氏菌的结合导致强偶联物的形成，未结合的信号探针通过与cDNA杂交连接到电极表面，这种固定方式具有较好的稳定性。互补核苷酸链固定方法在适配体传感器中的应用主要基于目标检测物的加入会引起互补核苷酸链解离从而导致光学或电化学信号的产生。由该方法构建的传感器不依赖于适配体结合目标物时产生的构像变化，对各种适配体传感器都适用。但由于适配体的固定涉及核酸链退火杂交实验的条件难以控制。同时适配体与传感器表面互补短链连接时，二者带有相同电性的电荷，静电排斥力和空间位阻较大，因此需要通过改变体系的理化性质，优化适配体在传感器表面的固定过程。

2.2.5 生物素/亲和素亲和作用

亲和素（或链霉亲和素）是一种能特异非共价结合生物素的蛋白质，1 个亲和素分子能与4 个生物素分子结合，这种生物亲和作用与抗原/抗体、配基/受体之间的作用相当。因此，亲和素（及其衍生物）和生物素之间的高特异性和亲合力被广泛应用于适配体在传感器表面的固定。但目前关于检测沙门氏菌电化学适配体传感器的研究中，还鲜有采取生物素/亲和素亲和作用对适配体进行固定的，有待后续更多的研究。但是体系的pH值对传感器表面亲和素的修饰有很大的影响作用。例如，pH值远低于亲和素的等电点会导致它带有大量的正电荷，适配体就会因静电相互作用与亲和素发生非特异性吸附，使得该固定方式的优异特性得不到充分发挥。

3 信号传感策略

3.1 电化学探针

引入探针是构建电化学适体传感器时要考虑的另一个重要问题，探针可以分散在电解质溶液中，也可以通过插入未标记的适体传感器插入双链核酸中。铁/亚铁氰化物和亚甲基蓝（MB）是标记的适体传感器中最常用的探针。

在制备传感器时，氧化还原探针（铁氰化钾溶液）对金膜和GCE进行修饰后，氧化还原探针的阳极和阴极峰电流显著增加，适配体固定在电极上导致峰值电流信号降低。Zhu Yangguang等研究表明适配体在rGO-TiO 2 /GCE上的附着导致带负电荷的适配体和氧化还原探针发生静电排斥。

由于氧化还原探针MB与带负电荷的磷酸盐主链结合，在没有细菌的情况下，与MB结合的适配体形成柔性单链识别元件，促进氧化还原探针和电极之间的有效碰撞，产生大电流。当细菌与适配体结合时，其构象变为更刚性的结构，从而降低碰撞效率，导致电流下降。在电荷转移电阻方面，与细菌附着后的刚性形式相比裸适配体具有柔性形式。在核酸适配体-细菌的复合体中，电极和电解质之间的界面比裸适配体更远，因为该对形成具有一定距离的固定构象。随着细菌-适配体复合体的形成，界面长度增加，导致电荷转移电阻增加，MB探针电子转移交换中的空间位阻增加，通过DPV对MB电流变化进行灵敏检测，检测到电流降低。在细菌存在的情况下，MB的还原电流显著降低。这是因为在膜过滤策略中，UiO-66/MB/适配体与细菌结合后不能通过膜，溶液中的MB量减少，其原理如图5所示。

除了以上两种探针比较常见，使用化学反应产生的具有电化学活性的物质开发电化学传感器是一个很好的主意。比如HRP也可以用于信号传感。Dai Ge等制备了由MOF（UiO-67型）和石墨烯修饰的适配体传感器，其示意图见图6，在靶标存在的情况下，适配体与鼠伤寒沙门氏菌紧密结合，形成适配体-AuNPs-HRP/鼠伤寒沙门氏菌复合物。此时，适配体-AuNPs-HRP纳米探针无法加载到修饰的电极上，电流响应很小。而在没有鼠伤寒沙门氏菌的情况下，固定在AuNPs上的硫醇化适配体将与捕获探针杂交。随后电极表面的HRP增加，在对苯二酚（HQ）和过氧化氢系统中HRP的催化作用使电化学信号得到放大。表明HRP有出令人满意的电催化活性，HQ是电极表面和HRP氧化还原中心之间穿梭电子的有效介质。在细菌结合到电极表面后，电流明显降低，这是由于带负电荷的细胞膜会产生障碍并阻止电子转移到电极表面。当细菌浓度增加时，由于界面电子转移的动力学和从介质到电极表面的电子转移电阻的增加，电流密度也增加，导致导电离子从细菌细胞内部电渗透到电解质中，更多的细菌细胞会导致更多导电离子的泄漏，从而增加电流密度。在Muniandy等开发的用于检测沙门氏菌的电化学传感器中，AP染料被用作氧化还原反应的电活性指示剂，该酶催化磷酸α-萘基水解为α-萘酚，其氧化信号可用于检测靶标。采用差脉冲伏安法监测无标记单链DNA适配体与鼠伤寒沙门氏菌的相互作用，该适体传感器对全细胞细菌检测具有较高的灵敏度和选择性。

3.2 电化学阻抗

检测系统中的沙门氏菌越多，更多的沙门氏菌附着在电极上，电极和[Fe(CN)6] 3-/4- 电解质溶液之间的静电排斥导致电子转移被适配体和沙门氏菌结合形成的复合体阻断从而受到更多抑制，导致电流更小，阻力相应增加，电阻更高，这些值可以通过EIS测量来量化。细菌细胞壁表面上的特定表位共价附着到特定的适配体上从而产生了空间位阻，并增加了电荷转移电阻。沙门氏菌细菌可以与适配体传感器表面上的互补靶标结合并抑制电子转移。目标细菌和相应的适配体之间的结合将阻止电子从基于溶液的氧化还原探针转移到电极表面，这可以归因于结合的大块细菌细胞施加的空间位阻。此外，带负电荷的细菌细胞表面和[Fe(CN)6] 3-/4- 之间的排斥力可能导致细菌与各自适配体结合时界面抗性增加。

4 信号放大策略

文献已经报道了较多的关于沙门氏菌检测的方法实例，但是已报道的检测方案普遍存在灵敏度相对较低的问题。目前报道的基于适配体的沙门氏菌传感器大多采用纳米材料或者生物催化反应放大适配体-沙门氏菌结合的转导信号，从而提高传感器灵敏度。虽然这些使用纳米材料或生物催化反应放大的方法可以起到提高传感器检测性能的作用，但它们存在步骤繁杂、耗时长及使用试剂多等缺点。除了以上这些策略，还有基于适配体序列内在无序性增强、杂交链式反应、滚环扩增（RCA）和DNA步行器这4 种信号放大策略，基于这些适配体探针信号放大策略构建的传感器在检测时操作较为简单并且拥有良好的选择性和特异性。

4.1 基于适配体序列的内在无序性增强的信号放大策略

由于基于折叠的核酸适配体序列的电化学传感器的主要信号机制是适配体构象和灵活性产生变化的结果，因此其灵敏度通常需要通过对适配体序列重新设计以使其在目标结合后发生较大的构象变化。“内在无序”的概念是向普通发夹DNA核酸适体“茎-环”结构的“环”中引入无序的T碱基序列，以此降低发夹DNA核酸适体在未结合目标分子状态下的稳定性而处于去折叠状态。一方面可最大限度的抑制传感器的背景电流，同时由于有足够的空间支持探针在电极表面完成大幅度的构象变化而产生较高的信号增益。Meng Xiangpeng等通过将不同长度的无序多胸腺嘧啶碱基间隔子插入到核酸适配体的环部，成功地重组了具有较大目标结合诱导构象变化的结构切换适配体，放大了靶标结合诱导的构象变化，并提高了基于折叠的电化学传感器的灵敏度，该方法可以为开发新的基于折叠的适体电化学传感器提供新的思路。

4.2 基于杂交链式反应的信号放大策略

杂交链式反应是于2004年提出的一种应用广泛的等温无酶核酸扩增技术。反应原理是单链DNA引发剂会触发2 个发夹探针的反应，使这2 个探针发生交替杂交形成双螺旋聚合物。由于反应条件等温、无需额外添加酶、扩增效率高的特点，杂交链式反应常被用于各种生物传感领域的信号放大技术。与靶标孵育后，适配体与标记的cDNA寡核苷酸杂交体解离，优先与溶液中的核蛋白结合。通过检测留在电极表面的cDNA寡核苷酸构象转化引起的电化学电流信号的变化测量核蛋白的浓度，进而制备了较为灵敏的检测COVID-19电化学适配体传感器。

4.3 基于RCA的信号放大策略

RCA是一种等温DNA扩增技术，其能够产生具有重复功能序列的长单链DNA（例如DNA酶、限制性酶位点和功能部分）用于信号放大。RCA反应在室温下1～2 h内可实现超过10亿 倍的扩增，适配体和目标物相互作用将直接触发DNA扩增/组装或酶催化反应。此方法具有快速读出、操作简单和高灵敏度的优点，但也会导致更高的背景信号。RCA偶联DNAzyme扩增技术对放大电流信号输出有显著贡献，与传统电化学方法相比，大大提高了生物传感器的灵敏度。此外，这种方法不涉及任何标记步骤和额外的不稳定试剂，既简单又经济。Huang Lin等开发了一种基于RCA信号增强的快速超灵敏检测赭曲霉毒素A（OTA）的新型电化学适配体传感器，如图7所示。在目标物存在的情况下，OTA将优先与引物结合并诱导引物与挂锁解离，这抑制了RCA反应的发生，并降低了电化学传感信号，从而实现了OTA的超灵敏检测，检出限为0.065 pg/mL，远低于先前报道的检出限。

4.4 基于DNA步行器的信号放大策略

DNA步行器作为另一种新的竞争扩增策略，已被广泛地应用于生物技术领域。核酸适体与核酸外切酶相互作用后触发DNA步行器运动，DNA步行器在DNA酶或链置换反应的驱动下沿设计的寡核苷酸轨道独立沿着运动，释放出大量单链DNA进行信号放大。DNA步行器自主运动产生的信号增强，使其成为一种很有前途的动态DNA设备。它沿着主DNA链预先设计的轨迹运动，辅助燃料链辅助放大目标信号，具有一定的可控性和程序性。Wu Tao等设计了一种信号关闭电化学适配体传感器，用于灵敏地检测金黄色葡萄球菌，并用DNA步行器和金黄色葡萄球菌特异性DNA酶的组合扩增，其有效放大了电化学检测信号，通过改变特异性适配体，该方法作为其他致病菌多重分析的通用方法具有很强的潜力。

5 结语

沙门氏菌仍是引发食源性疾病的一大重要原因，严重威胁人类的身体健康和生命安全，多项科学研究强调其在食品中准确和快速检测的重要性。相对于传统的检测方法，沙门氏菌电化学适配体传感器在准确、灵敏检测方面具有潜力。近几年对其检测方法在检测性能和制备过程方面的要求越来越高，为此对电化学适配体传感器在沙门氏菌检测中的应用提出如下展望：1）根据沙门氏菌的不同结构与性质可以构建不同的电化学生物传感器，其中根据沙门氏菌的OMPs、菌体、Vi抗原以及菌毛上的FimA蛋白筛选出的高亲和力适配体被用于构建检测沙门氏菌的电化学适配体传感器，除了基于OMPs为靶标的适配体传感器，基于其他靶标检测沙门氏菌的传感器还有很大的研究空间。2）传感器工作电极的修饰材料大多为纳米材料，近几年也有研究将共轭聚合物接枝到电极上对其进行修饰。这些修饰材料也相应影响了适配体在电极上的固定方式，自组装和π-π堆积作用简单但不牢固，共价结合和互补链连接比较稳定但是固定过程比较繁杂，亲和作用固定特异性比较强，具有一定前景，有待后续更多的研究。3）检测沙门氏菌的电化学适配体传感器传感策略大多为引入探针或阻抗的方法，以单信号传感为主，传感形式单一，可以引入更加多元的传感形式来构建检测沙门氏菌的电化学适配体传感器。4）目前，针对适配体传感器灵敏度低问题的相关研究大多集中于修饰材料上，基于核酸适配体探针的信号放大策略近几年已在医学和生物领域逐步应用，这也为沙门氏菌的电化学检测提供了新思路。

作者介绍

通讯作者：

张敏副教授

西北农林科技大学食品科学与工程学院

一、学习与工作经历

2023年3月至今，西北农林科技大学食品科学学院，副教授

2017年7月～2023年2月，西北农林科技大学食品科学学院，讲师

2016年10月，英国（布里斯托大学、利兹大学、伦敦玛丽女王大学），优秀博士生国际交流

2016年11月～2017年2月，耶鲁大学，国际访学

2013年9月～2017年7月，哈尔滨工业大学，化学工程与技术，工学博士

2012年6月～2013年6月，四川省资阳市产品质量监督检验所，助理工程师

2009年9月～2012年7月，西南大学，食品科学，工学硕士

2005年9月～2009年7月，西南大学，食品科学与工程，工学学士

二、研究方向

食品分析，主要从事食品中营养素及有毒有害污染物（农兽药残留、真菌毒素、重金属等）的快速检测技术及其相关基础理论研究，包括新型电化学传感器及样品前处理技术。

第第一作者：

郝进华 研究生

西北农林科技大学食品科学与工程学院

一、学习经历

2022年9月～至今，西北农林科技大学，食品科学与工程，工学硕士在读

2018年9月～2022年7月，山西中医药大学，食品科学与工程，工学学士

二、研究方向：

食源性致病菌特性与控制 ，研究课题为检测生鸡蛋中沙门氏菌的电化学适配体传感器的构建。

三、科研成果：

[1] Zhang Changqiu, Li Yanqing, Yang Ningxia, You Minghui, Hao Jinhua, Wang Jiacheng, Li Juxiu, Zhang Min*. Electrochemical sensors of neonicotinoid insecticides residues in food samples: From structure to analysis, Talanta, 2024, 267: 125254.

本文《沙门氏菌电化学适配体传感器的研究进展》来源于《食品科学》2024年45卷14期277-287页。作者：郝进华，龚梓琪，李敏，尹佳琪，何佳琦，李艳青，张春玲，张敏。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20231025-220。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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