近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院陳翊平教授課題組在中科院一區(qū)Top期刊Analytical Chemistry上（2021, 93, 6613-6619, IF=6.8）發(fā)表了題為“Direct transverse relaxation time biosensing strategy for detecting foodborne pathogens through enzyme-mediated sol–gel transition of hydrogels”的研究文章。陳翊平教授與浙江大學(xué)鮮于運(yùn)雷教授為共同通訊作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院2020級(jí)博士生魏露雨為論文第一作者。

 

　　食源性致病菌導(dǎo)致的食源性疾病是食品安全領(lǐng)域面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。全世界每年患食源性疾病的患者中，70%是由致病性微生物所引起的。食源性致病菌是指能夠在食品基質(zhì)中生存或者生長(zhǎng)，并通過(guò)人攝食而進(jìn)入人體導(dǎo)致病變的微生物，由致病菌引起的食源性疾病是食品安全最大的威脅，其引起的食品安全事件最近國(guó)內(nèi)的報(bào)道也越來(lái)越多。因此，構(gòu)建起快速、有效的致病菌檢測(cè)體系，已經(jīng)成為防治整個(gè)疾病傳染以及食品安全問(wèn)題的重要手段。

 

　　基于此需求，陳翊平教授課題組構(gòu)建了一種酶介導(dǎo)的水凝膠狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而直接改變水分子弛豫行為的生物傳感策略，并將其應(yīng)用于沙門(mén)氏菌的靈敏檢測(cè)。本研究中，研究人員利用免疫中常用的標(biāo)記酶堿性磷酸酶來(lái)水解底物產(chǎn)生酸性環(huán)境，從而將碳酸鈣中的Ca2+釋放出來(lái)，誘導(dǎo)海藻酸鈉形成“egg-box”結(jié)構(gòu)的水凝膠，而這種凝膠化過(guò)程可直接調(diào)節(jié)水分子的擴(kuò)散速率，從而引起橫向弛豫時(shí)間（T2）發(fā)生改變（圖1）。

　　圖1 酶介導(dǎo)的水凝膠Sol-Gel轉(zhuǎn)變檢測(cè)沙門(mén)氏菌的原理圖

 

　　研究人員對(duì)酶介導(dǎo)的水凝膠Sol-Gel轉(zhuǎn)變從而直接引起水分子橫向弛豫時(shí)間的變化進(jìn)行了MRI，SEM及流變學(xué)表征（圖2），研究了傳感器對(duì)AA和ALP的響應(yīng)（圖3），并應(yīng)用該傳感器對(duì)食源性致病菌（沙門(mén)氏菌）進(jìn)行了定量檢測(cè)（圖4）以及牛奶實(shí)際樣品的檢測(cè)（圖5）。結(jié)果表明，該傳感器在食源性致病菌檢測(cè)方面具有良好的性能，可在2h實(shí)現(xiàn)50 CFU/mL 沙門(mén)氏菌的檢測(cè)，與基于磁分離的磁弛豫時(shí)間傳感器（MS-MRS）及基于磁顆粒的磁弛豫時(shí)間傳感器（MNP-MRS）相比，該傳感器具有更好的靈敏度和準(zhǔn)確性（圖5）。

　　圖2 水凝膠Sol-Gel轉(zhuǎn)變的MRI,SEM和流變學(xué)表征

　　圖3 基于溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變的橫向弛豫時(shí)間傳感器對(duì)AA和ALP的響應(yīng)

　　圖4 基于溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變的橫向弛豫時(shí)間傳感器檢測(cè)沙門(mén)氏菌的靈敏度和特異性

　　圖5 真實(shí)樣品分析及方法學(xué)對(duì)比

 

　　論文獲資助信息：The National Key R&D Program of China （2019YFC1605502, 2020YFA0909100）， Wuhan Applied Foundational Frontier Project （2019020701011426） and Beijing Nova Program （Z181100006218017）。

 

　　通訊作者：陳翊平（E- mail: chenyiping@mail.hzau.edu.cn.）

 

　　第一作者：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院2020級(jí)博士生魏露雨

 

　　論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c03968

 

　　審核人：陳翊平