隨著全球水資源污染問題日益嚴(yán)重，水傳播疾病成為威脅人類健康的巨大隱患。傳統(tǒng)細(xì)菌檢測(cè)方法耗時(shí)長(zhǎng)、成本高且操作復(fù)雜，難以滿足快速、精準(zhǔn)檢測(cè)的需求。近期，一項(xiàng)創(chuàng)新性的研究提出了基于適配體-分子印跡聚合物（Apta-MIP）的電化學(xué)傳感器，用于高效檢測(cè)水中的致病菌。這項(xiàng)技術(shù)不僅具備高靈敏度和特異性，還能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)細(xì)菌的同時(shí)檢測(cè)，為保障飲用水安全提供了新思路。
圖 1. 金黃色葡萄球菌Apta-MIP傳感器在多巴胺電聚合后的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（a），清洗后的（b），重新結(jié)合108 CFU/mL金黃色葡萄球菌后的（c）。
1. 什么是Apta-MIP傳感器？
Apta-MIP傳感器結(jié)合了適配體（Aptamer）和分子印跡聚合物（Molecular Imprinted Polymer, MIP）兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。適配體是一類經(jīng)過篩選的單鏈DNA或RNA序列，能夠特異性結(jié)合特定的目標(biāo)分子；而分子印跡聚合物則是一種人工合成的受體材料，通過模板法制造出與目標(biāo)分子形狀匹配的空腔。兩者結(jié)合形成的雙識(shí)別系統(tǒng)，使得傳感器在檢測(cè)過程中既具有高度的選擇性又具備優(yōu)異的靈敏度。
2. 研究背景與意義
據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，每年因飲用受污染水源導(dǎo)致超過2億人死亡，其中大部分發(fā)生在發(fā)展中國家。埃希氏大腸桿菌（Escherichia coli, E. coli）和金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）是兩種常見的水傳病原體，它們不僅會(huì)引起腸胃炎等疾病，還可能引發(fā)嚴(yán)重的并發(fā)癥。因此，開發(fā)一種快速、簡(jiǎn)便且可靠的細(xì)菌檢測(cè)手段至關(guān)重要。
3. 技術(shù)原理
該研究團(tuán)隊(duì)利用電化學(xué)阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）技術(shù)評(píng)估了Apta-MIP傳感器對(duì)不同濃度細(xì)菌的響應(yīng)情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在緩沖溶液、去離子水以及加標(biāo)自來水樣本中，該傳感器均表現(xiàn)出良好的性能，最低檢出限分別達(dá)到了4 CFU/mL（E. coli）和2 CFU/mL（S. aureus）。此外，其動(dòng)態(tài)范圍覆蓋了從1 CFU/mL到108 CFU/mL，遠(yuǎn)超現(xiàn)有同類產(chǎn)品。
圖 2. Apta-MIP和MIP傳感器在大腸桿菌（a）和金黃色葡萄球菌（b）濃度從100到108 CFU/mL 增加時(shí)的電容變化百分比；Apta-MIP、MIP、適體傳感器、NIP 和對(duì)照實(shí)驗(yàn)在108 CFU/mL 大腸桿菌（c）和金黃色葡萄球菌（d）濃度下電容變化百分比的比較。誤差棒表示從三個(gè)獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)中獲得的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
4. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為了進(jìn)一步驗(yàn)證Apta-MIP傳感器的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，研究人員進(jìn)行了多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并將其與其他單一組分構(gòu)成的傳統(tǒng)傳感器進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，無論是在單一細(xì)菌檢測(cè)還是混合樣品測(cè)試中，Apta-MIP傳感器均顯示出更高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。特別是在復(fù)雜環(huán)境條件下（如自來水），其表現(xiàn)尤為突出，證明了該技術(shù)在未來實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的潛力。
5. 應(yīng)用前景
基于上述研究成果，Apta-MIP傳感器有望成為未來公共衛(wèi)生監(jiān)測(cè)體系中的重要組成部分。它可以廣泛應(yīng)用于飲用水安全保障、醫(yī)療診斷以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，幫助人們更早地發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)并采取相應(yīng)措施。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，相信這一創(chuàng)新成果還將帶來更多意想不到的應(yīng)用可能性。
結(jié)論：總之，這項(xiàng)關(guān)于Apta-MIP傳感器的研究為解決當(dāng)前存在的諸多挑戰(zhàn)提供了一個(gè)全新的解決方案。它不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種致病菌的高效檢測(cè)，而且具有廣闊的應(yīng)用前景。我們期待著看到更多類似的技術(shù)突破，共同推動(dòng)社會(huì)向著更加健康、安全的方向發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：Agar, M., Laabei, M., Leese, H.S., & Estrela, P. (2025). Aptamer-molecularly imprinted polymer sensors for the detection of bacteria in water. Biosensors and Bioelectronics, 272, 117136.
來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~曹璐璐。
