组成图示
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传感器类型
比色生物传感器
检测对象
大肠杆菌O157:H7（Escherichia coli O157:H7）；样品基质包括细菌悬液、人工污染粪便样品和临床粪便标本。
检测原理
该传感器以纳米PDA囊泡为识别与换能一体化平台。PCDA单体自组装成囊泡后，在254 nm紫外光下发生1,4-加成聚合，形成共轭聚二炔骨架，呈现640 nm蓝色吸收。截短LPS适配体经EDC/NHS活化后以肽键固定于囊泡表面。当样品中存在大肠杆菌O157:H7时，适配体识别并结合细菌表面LPS，使囊泡界面及PDA共轭骨架发生结构/构象变化，导致最大吸收由640 nm移至540 nm，颜色由蓝变红。菌体浓度越高，结合事件越多，蓝-红转变程度越大，CR%越高。该过程无需酶、核酸扩增或外源标记，直接通过比色响应实现定量。
检测灵敏度
LOD: 104 CFU/ml（three times the standard deviation of blank；原文上标缺失，按上下文为10^4 CFU/ml）；线性范围: 104–108 CFU/ml（原文上标缺失，按上下文为10^4–10^8 CFU/ml）；E17F-37: Y = 6.0163X-10.5468，R^2 = 0.99087；E18R-42: Y = 6.1055X-13.8503，R^2 = 0.98982
效应效果
该传感器对大肠杆菌O157:H7选择性高：目标菌10^7 CFU/mL、其他菌10^8 CFU/mL时，仅目标菌使囊泡变红，其他大肠杆菌、沙门氏菌、志贺氏菌、变形杆菌、肠杆菌、柠檬酸杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌均保持蓝色，特异性报告为100%。100份人工污染粪便样品中，适配体/PDA组CR%约为未污染组和纯PDA污染组的3倍，t检验显著。203份临床粪便标本与标准培养法一致率98.5%（200/203），卡方检验无显著差异（p>0.05）。检测仅需2 h、50 μL，肉眼可读，无需富集或DNA提取；作者称LOD较既往PDA法低10^4倍，优于或可比免疫传感器。原文未报告RSD和长期稳定性。
传感器的构成
- 基底/换能器：10,12-戊二炔酸（PCDA）自组装纳米囊泡，经254 nm紫外光聚合为聚二炔（PDA）囊泡，提供640 nm蓝色吸收及蓝-红变色光学换能。
- 活化层：N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）与1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺（EDC）活化PDA囊泡表面羧基，形成反应性中间体。
- 识别元件：截短LPS结合适配体E17F-37或E18R-42，5'端氨基通过肽键连接至囊泡表面，特异性识别大肠杆菌O157:H7的LPS。
- 信号标记物：无外源标记物；PDA囊泡自身作为信号换能元件，结合后由蓝变红。
- 光学读出：肉眼观察颜色变化，并用UV-vis在640 nm与540 nm计算比色响应CR%。
中文摘要
本研究开发并评价了一种基于适配体的比色生物传感器（aptasensor），用于快速检测大肠杆菌O157:H7。该传感器通过肽键将截短的脂多糖（LPS）结合适配体偶联到纳米聚二炔（PDA）囊泡表面：PDA囊泡的羧基经N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）和碳二亚胺（EDC）活化后，与适配体5'端氨基反应。当大肠杆菌O157:H7与囊泡界面适配体发生分子识别时，PDA发生蓝-红颜色转变，肉眼可见，并可用比色响应（CR）定量。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和透射电镜（TEM）证实截短适配体与大肠杆菌O157:H7的特异性相互作用。该传感器可在2小时内检测10^4–10^8 CFU/mL的菌体浓度，对大肠杆菌O157:H7的特异性为100%。与标准培养法相比，在203份临床粪便标本中检测结果一致率为98.5%。作者认为该适配体传感器为病原菌筛查提供了简便、特异的方法，可应用于临床检验、食品安全及生物恐怖防御，尤其适合低资源场景。
英文摘要
BACKGROUND: An aptamer based biosensor (aptasensor) was developed and evaluated for rapid colorimetric detection of Escherichia coli (E. coli) O157:H7.
METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: The aptasensor was assembled by modifying the truncated lipopolysaccharides (LPS)-binding aptamer on the surface of nanoscale polydiacetylene (PDA) vesicle using peptide bonding between the carboxyl group of the vesicle and the amine group of the aptamer. Molecular recognition between E. coli O157:H7 and aptamer at the interface of the vesicle lead to blue-red transition of PDA which was readily visible to the naked eyes and could be quantified by colorimetric responses (CR). Confocal laser scanning microscope (CLSM) and transmission electron microscopy (TEM) was used to confirm the specific interactions between the truncated aptamer and E. coli O157:H7. The aptasensor could detect cellular concentrations in a range of 10(4)~ 10(8) colony-forming units (CFU)/ml within 2 hours and its specificity was 100% for detection of E. coli O157:H7. Compared with the standard culture method, the correspondent rate was 98.5% for the detection of E. coli O157:H7 on 203 clinical fecal specimens with our aptasensor.
CONCLUSIONS: The new aptasensor represents a significant advancement in detection capabilities based on the combination of nucleic acid aptamer with PDA vesicle, and offers a specific and convenient screening method for the detection of pathogenic bacteria. This technic could also be applied in areas from clinical analysis to biological terrorism defense, especially in low-resource settings.