检测沙门氏菌的利器
导读：
美国食品药品管理局已经发行了一本名《有害病菌名录》（Bad Bug Book）的手册。该手册提供了关于食源性致病微生物和天然毒素的基本情况，其中包含所有人们想了解的有关沙门氏菌、大肠埃希氏菌、原生寄生生物、蠕虫、病毒、天然毒素和其他有毒物质的信息。当你吃下的汉堡包中含有些物质时，它们会使你生病难受，甚至会置你于死地。疾病防控中心（CDC）持有的统计资料令人感到恐惧。据估计，在美国食源性病原体每年会造成约7600万人发病，32.5万人住院，5000人死亡。
沙门氏菌、李氏杆菌和弓形虫这三种病原微生物每年会引起1500人死亡。沙门氏菌是造成食源性死亡最常见的原因，每年会引发百万例食源性疾病。沙门氏菌来源于生的或未煮熟的鸡蛋、半生不熟的畜禽肉、奶制品、海产品、水果和蔬菜——几乎包括我们所有的食物。因此，对食源性致病菌（特别是沙门氏菌）的早期检测是进行微生物学分析、保证食品安全的重要任务。科学家已经开发了种检测该病原体的方法；然而，检测速度和灵敏度仍然是最大的挑战。一种新型的基于纳米技术的生物传感器在高度准确检测食源性病原菌方面正显示出巨大的潜力。
美国农业部的农业工程师博森·帕克（Bosoon Park）表示：“对食源性致病菌的早期检测是预防疾病爆发和保证公共卫生安全的关键。目的检测技术，例如ISO6579法、荧光抗体技术（FA）、酶联免疫吸附反应（ELISA）、聚合酶链式反应（PCR）等，不但耗时、繁琐，而且灵敏度低。” 帕克还是由乔治亚大学和韩国食品研究所的科学家组成的科学团队成员，该团队研究出了一种新型的检测食源性细菌的有效方法。
乔治亚大学物理系副教授赵义平博士表示：“我们基于纳米技术的生物传感器在高灵敏度和高准确性地检测蛋白质、病毒和细菌方面显示了巨大的潜力。这种仿生异质纳米棒检测方法在食品安全行业和生物医学诊断方面具有巨大的潜力。”
该研究小组还包括乔治亚大学传染病系的拉尔夫·特瑞普（Ralph A. Tripp）博士。他们通过掠射角沉积技术（GLAD）制备薄膜法构造了异质结构的硅/金纳米棒阵列，并使用抗沙门氏菌抗体和有机染料分子使其功能化。由于硅纳米棒高厚径比大，附着在硅纳米棒上的染料分子在捕获和检测沙门氏菌时能够产生强荧光。
帕克认为，传统的用于检测食源性病原体的微生物技术（如ISO 6579法）通常需要5天时间才能获得阳性结果，其过程包括预培养、选择培养和菌落鉴定，这些操作既耗时又费力。传统培养方法的另一缺点是对低污染水平的样本灵敏度差。
很多研究人员已使用了荧光抗体技术（FA）检测沙门氏菌。虽然荧光抗体技术能够节约时间，但为了观察到可检测的荧光信号，它要求样本中要有足够多的病原体。这常常意味着增菌培养技术要优先于免疫荧光显微镜技术。因此，荧光抗体技术尚未成为检测沙门氏菌的常规方法。
纳米技术在设计可靠检测食源性病原体的传感器方面正发挥越来越大的作用。赵义平教授说：“所有用于生物传感的纳米结构都有两个特点。首先，它们具有某些针对被分析物的识别机制，例如抗体或酶。其次，它们能够从被分析物中产生特定的信号，并且这种信号能够由纳米结构自身产生或者由固定或包含在纳米结构中的信号分子产生。”
傅俊学是赵义平教授研究小组的一名研究生，他指出，单组分纳米结构很难同时固定识别分子和信号分子。而异质纳米结构则为解决这一问题提供了良好的平台。因此，不同功能的分子能够被固定在异质纳米结构的不同组分上，从而增强检测的灵敏度和特异性。在实验中，赵义平教授成功地利用连接在金纳米棒上的抗体捕获了单个沙门氏菌，并被固定在硅纳米棒上的大量染料分子检测。[page]
大体上，如果选择合适的抗体与纳米棒上的底物相连，则本项研究的结果能够被用于检测其他食源性致病菌，如大肠埃希氏菌、葡萄球菌，以及食物毒素。此外，荧光检测染料还能够被其他类型的染料或量子点替代，进行多重检测。
这种新型的纳米生物传感器可以被广泛用于食品工业、食品安全检测机构、政府食品安全监管机构和从事食品安全与生物安全的研究人员。
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