IF: 10.618 I Biolinkedin®Streptavidin Magnetic Beads 在电化学生物传感器用于检测细菌相关危害性中的应用

食物、水中的细菌污染及其引起的相应感染已成为一个日趋严重的问题，由此的导致健康问题和经济负担日益加重。据预测，到2050年，细菌相关疾病导致的死亡人数将比癌症多出1000万人，并造成超过100万亿美元的全球经济损失。如何实现快速、灵敏的检测是一个亟待解决的重要问题。

近日南京农业大学许媛媛教授研究团队在Biosensorsand Bioelectronics (IF: 10.618)杂志上发表了《A universal biosensor utilizing bacteria-initiated in situ growth ofelectroactive polymers for bacteria-related hazards detection》一文。该研究通过将细菌引发的咔嗒化学与电活性聚合物的原位生长相结合，设计了一种超灵敏和高度选择性的电化学生物传感器，该系统为细菌相关危害检测的各个方面提供了新的见解，这些方面不仅可以减少细菌污染造成的危害，还可以指导抗生素的合理使用，并帮助控制耐多药细菌的出现。

研究者利用细菌独特的铜结合氧化还原途径将Cu^II还原为Cu^I，启动Cu^I催化的点击化学，随后通过电化学介导原子转移自由基聚合生成高密度电活性铁烯基聚合物，并有效地嫁接在生物感应界面上，从而极大地提高了电分析性能的灵敏度。电化学信号与金黄色葡萄球菌和大肠杆菌浓度的对数在10²至10⁷ CFU/mL之间具有良好的线性，检测限分别降至4CFU/mL和6 CFU/mL。为了进一步扩大传感器的适用性和通用性，将细菌磁分离部分补充到系统中。在基于全聚体的磁预分离切片的帮助下，在复杂的真实样品中实现了具有极大抗干扰的目标细菌的选择性检测。此外，该生物传感器只需用不同的抗菌药物取代识别元素或预孵化细菌，即可用于方便的抗生素残留检测和快速耐药性分析。因此，在进一步扩展细菌磁分离部分或简单更换原始识别元素后，构建了具有优异分析性能的通用生物传感器，包括细菌分析系统和抗生素检测系统。

用于检测细菌相关危害的电化学生物传感器，包括细菌分析系统和抗生素检测系统的示意图

(a) 细菌铜还原系统；(b) eATRP 原理； (c) 抗生素检测系统；

划重点

为了区分实际样品中特定菌株与其他常见菌株，我们在细菌分析系统中添加了细菌磁选部分，不仅可以实现细菌检测的选择性，还可以通过富集进一步提高灵敏度。

方法

基于磁分离技术的细菌捕获与分离

1、MBs-apt结合物准备

将100 μL的5 μM apt加入到收集的MBs (1 mg/mL)中，在37℃温和混合下孵育2 h。将混合物磁分离，用PBS洗涤两次。MBs-apt结合物被重新悬浮在1毫升1×PBS中以备进一步使用。

2、捕获与分离

简而言之，将1 mL的捕获样品(含大肠杆菌、金黄色葡萄球菌或两者均含)与100 μL的MBs-apt混合。混合物在室温下温和旋转孵育2小时。磁力架吸附10 s。然后再用ddH2O重新悬浮和洗涤，以去除非特异性结合的细菌和碎片。然后，将菌珠复合物重新悬浮于1 mL ddH2O中。最后，利用所构建的电化学生物传感器进行进一步的检测。

备注：

Streptavidin-modifiedmagnetic beads (MBs, 10 mg/mL) were purchased from Biolinkedin(Shanghai, China).

文章

图1.验证电化学生物传感器的可行性

图2.(A) 优化（a）CuII和（b）FMMA的浓度，（B）优化（a）CuAAC和（b）eATRP反应的反应时间。错误栏表示标准偏差（n = 3）

图3.生物传感器对细菌分析系统中不同浓度

（A）金黄色葡萄球菌和（B）大肠杆菌的SWV反应，以及氧化电流和细菌浓度对数之间的相应校准图曲线。(C) SWV对抗生素检测系统中不同浓度的卡纳的反应和相应的校准图曲线。通过三个重复实验获得了误差条。

图4.(A) 细菌磁分离系统的示意图。(B) 热图分析，用于细菌分析系统的特异性评估，结合针对大肠杆菌的细菌分离部分。(C) 抗生素检测系统选择性评估的热图分析。

图5.细菌分析系统中预先孵化的（A）金黄色葡萄球菌或（B）大肠杆菌的耐药性分析，（a）对照，（b）链霉素，（c）氧四环素，（d）四环素，（e）氨苄西林。用不同抗生素处理的含有（C）金黄色葡萄球菌和（D）大肠杆菌的LB溶液中的耐药性分析琼脂板照片。

总结

本文提出了一种基于eATRP电活性聚合物原位生长的新型通用电化学生物传感器，可用于细菌相关危害检测，包括细菌病原体、细菌治疗药物-抗生素和细菌耐药性。首先，整合电活性聚合物的原位生长和全聚体功能磁预分离系统，该系统能够检测分别低至4和6 CFU/mL的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，并专门捕获和分离受污染样本中的目标细菌。其次，只需替换识别元素即可实现快速准确的抗生素残留检测，该识别元素能够在eATRP放大的基础上检测至少7.59 fg/mL的目标抗生素，而无需酶或纳米颗粒标签。第三，在细菌与各种抗菌药物预孵化后，也可以通过拟议的生物传感器进行耐药性分析，这对早期诊断抗菌药物的有效活性和减少细菌耐药性的发生有很大帮助。此外，通过电位控制从传感界面就地生长一些电活性聚合物的能力，加上eATRP的简单性、高效和成本效益，是高通量检测、公共安全监测和临床诊断中实际应用的理想解决。