近日，华中农业大学食品科学技术学院陈翊平教授课题组在中科院一区Top期刊Analytical Chemistry上（2021, 93, 6613-6619, IF=6.8）发表了题为“Direct transverse relaxation time biosensing strategy for detecting foodborne pathogens through enzyme-mediated sol–gel transition of hydrogels”的研究文章。陈翊平教授与浙江大学鲜于运雷教授为共同通讯作者，华中农业大学食品科学技术学院2020级博士生魏露雨为论文第一作者。

 

　　食源性致病菌导致的食源性疾病是食品安全领域面临的严重问题。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够在食品基质中生存或者生长，并通过人摄食而进入人体导致病变的微生物，由致病菌引起的食源性疾病是食品安全最大的威胁，其引起的食品安全事件最近国内的报道也越来越多。因此，构建起快速、有效的致病菌检测体系，已经成为防治整个疾病传染以及食品安全问题的重要手段。

 

　　基于此需求，陈翊平教授课题组构建了一种酶介导的水凝胶状态的转变，从而直接改变水分子弛豫行为的生物传感策略，并将其应用于沙门氏菌的灵敏检测。本研究中，研究人员利用免疫中常用的标记酶碱性磷酸酶来水解底物产生酸性环境，从而将碳酸钙中的Ca2+释放出来，诱导海藻酸钠形成“egg-box”结构的水凝胶，而这种凝胶化过程可直接调节水分子的扩散速率，从而引起横向弛豫时间（T2）发生改变（图1）。

　　图1 酶介导的水凝胶Sol-Gel转变检测沙门氏菌的原理图

 

　　研究人员对酶介导的水凝胶Sol-Gel转变从而直接引起水分子横向弛豫时间的变化进行了MRI，SEM及流变学表征（图2），研究了传感器对AA和ALP的响应（图3），并应用该传感器对食源性致病菌（沙门氏菌）进行了定量检测（图4）以及牛奶实际样品的检测（图5）。结果表明，该传感器在食源性致病菌检测方面具有良好的性能，可在2h实现50 CFU/mL 沙门氏菌的检测，与基于磁分离的磁弛豫时间传感器（MS-MRS）及基于磁颗粒的磁弛豫时间传感器（MNP-MRS）相比，该传感器具有更好的灵敏度和准确性（图5）。

　　图2 水凝胶Sol-Gel转变的MRI,SEM和流变学表征

　　图3 基于溶胶-凝胶转变的横向弛豫时间传感器对AA和ALP的响应

　　图4 基于溶胶-凝胶转变的横向弛豫时间传感器检测沙门氏菌的灵敏度和特异性

　　图5 真实样品分析及方法学对比

 

　　论文获资助信息：The National Key R&D Program of China （2019YFC1605502, 2020YFA0909100）， Wuhan Applied Foundational Frontier Project （2019020701011426） and Beijing Nova Program （Z181100006218017）。

 

　　通讯作者：陈翊平（E- mail: chenyiping@mail.hzau.edu.cn.）

 

　　第一作者：华中农业大学食品科学技术学院2020级博士生魏露雨

 

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c03968

 

　　审核人：陈翊平