组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus，作为炭疽芽孢杆菌 Bacillus anthracis 替代物）、大肠杆菌 O157:H7（Escherichia coli O157:H7）；样品基质：纯培养物稀释于 0.1% 蛋白胨水/PBS（文中未实际检测食品/水样）
检测原理
免疫功能化的磁性/聚苯胺核壳纳米粒子（c/sNP）通过表面抗体特异性结合目标菌，经磁分离和洗涤后，用 0.1 M HCl 使聚苯胺壳重新质子化掺杂，恢复导电态。随后将 c/sNP-菌复合物滴加到丝网印刷碳电极（SPCE）样品池，并在磁平台作用下将复合物紧密定位到工作电极表面。循环伏安（CV）在 -0.4 至 +1.0 V、50 mV/s 下扫描，聚苯胺发生可逆氧化还原并贡献电荷转移 ΔQ。完整细菌的导电性远低于 c/sNP，且被磁定位在电场最集中的电极上方，形成绝缘屏障，阻碍 c/sNP 与 SPCE 间电子/离子传输，使 ΔQ 随捕获菌数增加而下降。低浓度下信号与空白有统计差异，实现定性检测；高浓度时细胞膜/胞质导电及裂解释放离子可造成 Hook 效应。
检测灵敏度
LOD: 40 CFU/mL（B. cereus，纯培养物）；LOD: 6 CFU/mL（E. coli O157:H7，纯培养物）
效应效果
该方法为定性筛查，低浓度信号彼此不可区分，但与空白有统计差异；B. cereus 和 E. coli O157:H7 的 ΔQ 组间差异分别 p=0.0356 和 p=0.0001。免疫磁捕获效率约为 B. cereus 50%–80%、E. coli O157:H7 60%–90%。E. coli O157:H7 在 5.9×10^3 和 5.9×10^4 CFU/mL 出现 Hook 效应，需稀释后检测。方法约 1 h 出初步结果（40 min 捕获、25 min 检测），SPCE 可室温稳定保存约 1 年，单次使用，成本约 $1/片电极、$0.20/次试剂。作者认为其可适配不同抗体用于多种病原菌，并有望用于生物防御、食品和水质监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：丝网印刷碳电极（SPCE），含碳/石墨工作电极（直径4 mm）和银/氯化银（Ag/AgCl）对/参比电极，绝缘泡沫样品池；作用：提供电化学检测界面，无需表面修饰。
- 纳米材料修饰层：磁性/聚苯胺核壳纳米粒子（c/sNP），γ-Fe2O3 核和聚苯胺（PANI）壳；作用：提供磁性分离/定位与电活性电流传导。
- 识别元件：多克隆抗 Bacillus 抗体或单克隆抗 E. coli O157:H7 抗体，物理吸附于 c/sNP 表面；作用：特异性捕获目标菌。
- 封闭剂：酪蛋白（casein）封闭缓冲液（100 mM Tris-HCl，pH 7.6，0.01% w/v casein）；作用：减少非特异性结合。
- 掺杂剂：0.1 M HCl；作用：质子化掺杂聚苯胺壳，恢复导电态。
- 信号标记/放大：无外源标记；目标菌-c/sNP 复合物中完整细菌作为低导电屏障，抑制 c/sNP 与 SPCE 间电流。
- 信号读出：恒电位仪/恒电流计（Princeton Applied Research 263A）进行循环伏安（CV），-0.4 至 +1.0 V、50 mV/s，记录电流和电荷转移 ΔQ。
中文摘要
生物防御与安全应用要求快速、灵敏地检测细菌病原菌。本文报道一种新型定性电化学检测技术，并将其应用于两种代表性病原菌：蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus，作为炭疽芽孢杆菌 Bacillus anthracis 的替代物）和大肠杆菌 O157:H7（Escherichia coli O157:H7），在纯培养物中分别获得 40 CFU/mL 和 6 CFU/mL 的检出限。该方法将循环伏安法与免疫磁分离相结合，可在约 1 h 内给出初步阳性/阴性结果。研究采用免疫功能化的磁性/聚苯胺核壳纳米粒子（c/sNP）从样品溶液中提取目标菌，并通过磁场将其定位到丝网印刷碳电极（SPCE）传感器表面。目标菌的存在会显著抑制电活性 c/sNP 与 SPCE 之间的电流流动。该方法易于扩展至多种目标菌和样品基质，并有望发展为用于细菌病原菌常规监测或应急检测的全便携式系统。
英文摘要
Biological defense and security applications demand rapid, sensitive detection of bacterial pathogens. This work presents a novel qualitative electrochemical detection technique which is applied to two representative bacterial pathogens, Bacillus cereus (as a surrogate for B. anthracis) and Escherichia coli O157:H7, resulting in detection limits of 40 CFU/mL and 6 CFU/mL, respectively, from pure culture. Cyclic voltammetry is combined with immunomagnetic separation in a rapid method requiring approximately 1 h for presumptive positive/negative results. An immunofunctionalized magnetic/polyaniline core/shell nano-particle (c/sNP) is employed to extract target cells from the sample solution and magnetically position them on a screen-printed carbon electrode (SPCE) sensor. The presence of target cells significantly inhibits current flow between the electrically active c/sNPs and SPCE. This method has the potential to be adapted for a wide variety of target organisms and sample matrices, and to become a fully portable system for routine monitoring or emergency detection of bacterial pathogens.