组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
沙门氏菌(Salmonella)、大肠杆菌O157:H7(E. coli O157:H7)、单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、弯曲杆菌(Campylobacter)、隐孢子虫(Cryptosporidium)、诺瓦克样病毒(NLV)、微囊藻毒素LR(MC-LR)、膝状酸(DA)、黄曲霉毒素(aflatoxin)、赭曲霉毒素A(ochratoxin A)、霍乱毒素(CT)；样品基质包括肉类、鸡肉冲洗水、蔬菜、饮用水、食品、水样、缓冲液。
检测原理
电化学生物传感器以抗体、核酸探针、适配体、LNA/PNA、噬菌体或全细胞等识别元件特异性结合食源性病原菌、核酸或毒素。识别事件可改变电极界面阻抗、扩散系数或产生酶促产物。安培法中，HRP或AP催化TMB、4-AP、α-萘磷酸盐等底物生成可氧化还原产物，电流随被测物浓度增加；电位法或LAPS通过脲酶产氨引起pH或光电流变化；阻抗/电导法通过菌体结合或代谢改变双电层阻抗。信号放大可采用免疫磁珠富集、酶标记、PCR/NASBA核酸扩增、脂质体或纳米材料增强电子传递。最终由电化学工作站输出电流、电位或阻抗信号。
检测灵敏度
综述中报道的代表性数值：
LOD: 1–10 cells/25 g；
LOD: 5×10^3 CFU mL−1；
LOD: 2.1×10^4 CFU mL−1；线性范围: 10^3–10^7 CFU mL−1；
LOD: 6×10^2 CFU mL−1；
LOD: 2 CFU 100 mL−1；
LOD: 10^2 CFU 100 mL−1；
LOD: 1 E. coli CFU 100 mL−1；
线性范围: 0.1–5,000 fmol；LOD: 5 fmol，相当于40 E. coli CFU mL−1；
LOD: 10^2 CFU mL−1；
LOD: 10 CFU mL−1；
LOD: 10^4 CFU mL−1；
LOD: 77 CFU mL−1；
LOD: 7.1×10^2 cells mL−1；LOD: 2.5×10^4 cells mL−1；
LOD: 10 cells mL−1；
线性范围: 10^4–10^7 CFU mL−1；
LOD: 81 CFU mL−1；
LOD: 10^1–10^2 CFU mL−1；
LOD: 0.5 ng L−1；
LOD: 5 fmol/样品；LOD: 40 E. coli CFU mL−1
效应效果
与传统培养相比，综述中的电化学方法将分析时间从数天缩短至分钟至小时。部分系统检测限达到市场要求：PAB/LAPS在蔬菜样品中检测大肠杆菌约10 cells/mL，分析约1.5 h，比CFU快10–20倍；LAPS检测沙门氏菌约10^2 CFU/mL；阻抗微电极可区分10^4–10^7 CFU/mL大肠杆菌O157:H7；电导侧流法约81 CFU/mL、10 min；DCT法6 min检测蜡样芽孢杆菌10^1–10^2 CFU/mL；VP免疫传感器与ELISA一致性良好，检测限7×10^4 CFU/mL。作者认为纳米材料、新型识别元件和微流控芯片将提升性能，但实际样品灵敏度、稳定性和重现性仍需提高。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金、铂、碳、丝网印刷电极、硅基LAPS/ISFET与互指金电极，提供电化学或光电化学信号转换。
- 界面修饰层：硫醇自组装单分子层(SAM)、纳米金、碳纳米管、PEDOT/Nafion、聚苯胺纳米线，用于固定识别元件并增强电子传递。
- 识别元件：抗体、DNA/RNA探针、适配体、LNA/PNA、噬菌体或全细胞，特异性捕获病原菌、核酸或毒素。
- 信号标记物：HRP、AP、脲酶、链霉亲和素-AP、生物素化探针、脂质体、纳米金，将识别事件转化为电化学信号。
- 底物/电子供体：TMB、4-APGal、PNPG、α-萘磷酸盐、碘化物、K3Fe(CN)6，经酶催化或氧化还原产生可测电流/电位/阻抗变化。
- 样品处理/微流控模块：磁珠免疫分离、侧流层析、微流控芯片、FIA，用于富集、分离和连续进样。
中文摘要
食源性病原菌的检测与鉴定仍主要依赖传统培养技术。这些方法步骤繁琐、耗时长，且必须在微生物实验室完成，因此不适合现场监测。开发更快速、可靠、特异、灵敏且低成本的目标分析物检测方法，已成为大量研究的重点。生物传感器技术有望加快检测速度，提高特异性和灵敏度，实现高通量分析，并用于食品生产关键控制点的监测。本文综述了基于电化学生物传感器的食品病原菌检测方法，重点讨论安培型、电位型和阻抗型生物传感器。文章阐述了这些生物传感器的基本原理与应用，并特别关注新型生物识别元件、纳米材料以及芯片实验室技术。
英文摘要
The detection and identification of foodborne pathogens continue to rely on conventional culturing techniques. These are very elaborate, time-consuming, and have to be completed in a microbiology laboratory and are therefore not suitable for on-site monitoring. The need for a more rapid, reliable, specific, and sensitive method of detecting a target analyte, at low cost, is the focus of a great deal of research. Biosensor technology has the potential to speed up the detection, increase specificity and sensitivity, enable high-throughput analysis, and to be used for monitoring of critical control points in food production. This article reviews food pathogen detection methods based on electrochemical biosensors, specifically amperometric, potentiometric, and impedimetric biosensors. The underlying principles and application of these biosensors are discussed with special emphasis on new biorecognition elements, nanomaterials, and lab on a chip technology.