近日，中国足彩网_亚博足彩app-新万博体育在线推荐材料与化学化工学院黄又举教授团队设计研发的双酶诱导比色传感器在同时快速识别多种病原体方面取得新进展，相关研究成果以题为Dual enzyme induced colorimetric sensor for simultaneous identifying multiple pathogens发表于国际生物传感领域权威期刊Biosensors and Bioelectronics(2023, IF=12.6)上。

日前，世界卫生组织一份最新报告指出，每年约有2.2亿儿童患有腹泻病，其中约有9.6万人因此而死亡。不卫生的饮食是造成腹泻和营养不良恶性循环的主要原因，不卫生饮食中包含多种常见食源性细菌，如副溶血性弧菌(VP)、金黄色葡萄球菌(SA)、大肠杆菌(E. coli)、沙门氏菌(SE)和单核细胞增生李斯特菌(LM)等，且常常同时存在于同一种食物。一旦食用严重污染的食物，人们就会出现呕吐、发烧、腹泻，甚至休克等症状。因此，构建出一种能同时检测、快速识别某食品中的多种细菌的方法，对确定病因具有重要意义。

目前细菌的识别策略主要包括：利用细菌与探针之间的静电相互作用、利用细菌表面分子与其受体之间的相互识别作用、利用细菌代谢产物与探针之间的化学或生物相互作用。尽管这些方法快速而敏感，但还是存在一些不足，如利用静电相互作用这种方法，较易受到周围环境的影响，从而导致识别能力有限；利用细菌表面分子与其受体间的相互作用的方法则通常需要繁复的探针设计；利用细菌代谢产物中依据pH的识别方法不仅会受到环境的影响，还需要较长时间（通常为10小时）连续监测细菌生长过程中释放的挥发物。此外，通过细菌体内控制其生命活动的专一性酶(如碱性磷酸酶)构建出的荧光、电化学、SERS、可视化传感器，多应用于单一细菌的检测与识别。基于以上机理所构建的传感器阵列，一般涉及多个信号探针的生成读数模式，这在一定程度上提高了检测成本、增加了检测的复杂性。

鉴于此，黄又举教授团队提出并设计了一种基于单探针和双信号识别的双酶级联诱导比色法，适用于区分各种不同碱性磷酸酶(ALP)水平的细菌。该传感体系主要包含三个要素：一是在具有类氧化酶活性的二氧化锰纳米花(MnO2 NFs)的催化下，3, 3', 5,5'-四甲基联苯胺(TMB)被氧化，进而导致Au NRs逐渐被腐蚀，并产生相应的颜色变化。二是ALP催化底物产生的抗坏血酸会将MnO2 NFs还原为无类氧化酶活性的Mn2+，防止Au NRs被蚀刻，并有相反的颜色变化。三是根据这种比色方法，不同的细菌含有不同水平的ALP，表现为不同的颜色变化。通过将颜色RGB信号转换为数字信号结合紫外-可见吸收波长的信号差异，进行线性判别分析(LDA)，使得多种细菌的识别具有高准确性。并且还可对五种细菌的混合样品进行准确识别，该方法在快速和简单检测食源性疾病方面具有一定的潜力。

双酶诱导比色传感器在同时识别多种细菌的思路设计图

研究人员首先通过以上三个要素分别验证了该比色法检测不同浓度ALP的可行性，随后在可行性基础上对不同细菌样品的ALP含量进行了评估，并使用市售试剂盒测量五种细菌的ALP水平。结果显示，该方法获得的结果与试剂盒获得的结果一致，表明此方法在细菌检测中的准确性。如图显示，不同细菌以及不同浓度的细菌中所含ALP含量不同导致不同的颜色。研究人员将颜色数字化(R、G和B)和Δλmax值组合到四个通道中。数据结果表明，不同细菌的引入会导致独特的比色反应模式。LDA根据其协方差矩阵将训练矩阵(4个传感信号×5种细菌×5次重复)转换为标准得分，产生了四个典型因子(94.75%、4.82%、0.41%和0.01%)。使用第一主成分和第二主成分绘制典型得分，在LDA图中五种细菌被很好地聚集在一起，没有任何重叠，并且彼此完全不同。同时，根据Jackknifed分类，五种细菌的分类准确率为100%，证实了该传感器准确性。并且通过对五种细菌进行层次聚类分析(HCA)进一步确认了特异性分类性能。

双酶诱导比色传感器识别检测不同细菌的颜色、热图、LDA图和HCA图

研究人员进一步对各种混合细菌样品进行了检测识别，几种分类结果图都证明了此种方法可以提高识别混合细菌的准确性。此外，研究人员将其应用于多种食物（如虾、猪肉、自来水、生菜和牛奶）并对细菌进行识别，初步证明了该传感器具有一定实用开发价值。

食品中不同细菌的鉴定数据图

中国足彩网_亚博足彩app-新万博体育在线推荐化学专业2021级硕士研究生陈卫伟、宁波大学与中国足彩网_亚博足彩app-新万博体育在线推荐联合培养硕士研究生李明为该论文的共同第一作者，中国足彩网_亚博足彩app-新万博体育在线推荐材料与化学化工学院丁彩萍博士和黄又举教授为该论文的共同通讯作者，中国足彩网_亚博足彩app-新万博体育在线推荐为第一完成单位。该研究工作接受国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和安徽省重点研发计划等项目资金资助。

作者简介：

丁彩萍，博士，讲师。主要从事功能性纳米探针的设计合成以及自组装；构建生物传感器用于疾病标志物的可视化或荧光检测分析。以第一/通讯作者在Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Analytical Chemistry, ACS Sensors等国际知名期刊发表SCI论文20余篇。主持国家自然科学青年基金、浙江省自然科学基金一般探索项目等。

黄又举，教授，博士生导师。从事功能高分子材料、胶体与表面科学、生物与食品安全检测等多学科交叉领域的研究工作。以第一/通讯作者在Chemical Society Reviews, Science Advances, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Biomaterials等国际知名期刊发表SCI论文100余篇。主持国家自然科学基金优青项目、面上项目、浙江省自然科学基金重点项目和安徽省重点研发计划等项目20余项。