近日，華中農業(yè)大學食品科學技術學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鮮于運雷教授為共同通訊作者，華中農業(yè)大學食品科學技術學院2020級博士生魏露雨為論文第一作者。

 

　　食源性致病菌導致的食源性疾病是食品安全領域面臨的嚴重問題。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中生存或者生長，并通過人攝食而進入人體導致病變的微生物，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內的報道也越來越多。因此，構建起快速、有效的致病菌檢測體系，已經(jīng)成為防治整個疾病傳染以及食品安全問題的重要手段。

 

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

　　圖1 酶介導的水凝膠Sol-Gel轉變檢測沙門氏菌的原理圖

 

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

　　圖2 水凝膠Sol-Gel轉變的MRI,SEM和流變學表征

　　圖3 基于溶膠-凝膠轉變的橫向弛豫時間傳感器對AA和ALP的響應

　　圖4 基于溶膠-凝膠轉變的橫向弛豫時間傳感器檢測沙門氏菌的靈敏度和特異性

　　圖5 真實樣品分析及方法學對比

 

　　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：華中農業(yè)大學食品科學技術學院2020級博士生魏露雨

 

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

 

　　審核人：陳翊平