一種新型的基于納米技術(shù)的生物傳感器在高度準(zhǔn)確檢測沙門氏菌等食源性病原菌方面正顯示出巨大的潛力。
美國食品藥品管理局已經(jīng)發(fā)行了一本名為《有害病菌名錄》（Bad Bug Book）的手冊。該手冊提供了關(guān)于食源性致病微生物和天然毒素的基本情況，其中包含所有人們想了解的有關(guān)沙門氏菌、大腸埃希氏菌,、原生寄生生物、蠕蟲、病毒,、天然毒素和其他有毒物質(zhì)的信息。當(dāng)你吃下的漢堡包中含有這些物質(zhì)時(shí),，它們會使你生病難受,，甚至?xí)媚阌谒赖?。疾病防控中心（CDC）持有的統(tǒng)計(jì)資料令人感到恐懼。據(jù)估計(jì),，在美國食源性病原體每年會造成約7600萬人發(fā)病,，32.5萬人住院，5000人死亡,。
沙門氏菌,、李氏桿菌和弓形蟲這三種病原微生物每年會引起1500人死亡。沙門氏菌是造成食源性死亡最常見的原因,，每年會引發(fā)數(shù)百萬例食源性疾病,。沙門氏菌來源于生的或未煮熟的雞蛋、半生不熟的畜禽肉,、奶制品,、海產(chǎn)品、水果和蔬菜——幾乎包括我們所有的食物,。因此,，對食源性致病菌（特別是沙門氏菌）的早期檢測是進(jìn)行微生物學(xué)分析、保證食品安全的重要任務(wù),?？茖W(xué)家已經(jīng)開發(fā)了多種檢測該病原體的方法；然而,，檢測速度和靈敏度仍然是最大的挑戰(zhàn),。一種新型的基于納米技術(shù)的生物傳感器在高度準(zhǔn)確檢測食源性病原菌方面正顯示出巨大的潛力。
美國農(nóng)業(yè)部的農(nóng)業(yè)工程師博森·帕克（Bosoon Park）表示：“對食源性致病菌的早期檢測是預(yù)防疾病爆發(fā)和保證公共衛(wèi)生安全的關(guān)鍵,。目前的檢測技術(shù),，例如ISO6579法、熒光抗體技術(shù)（FA）,、酶聯(lián)免疫吸附反應(yīng)（ELISA）,、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）等，不但耗時(shí),、繁瑣,，而且靈敏度低。” 帕克還是由喬治亞大學(xué)和韓國食品研究所的科學(xué)家組成的科學(xué)團(tuán)隊(duì)成員,，該團(tuán)隊(duì)研究出了一種新型的檢測食源性細(xì)菌的有效方法,。
喬治亞大學(xué)物理系副教授趙義平博士表示：“我們基于納米技術(shù)的生物傳感器在高靈敏度和高準(zhǔn)確性地檢測蛋白質(zhì)、病毒和細(xì)菌方面顯示了巨大的潛力,。這種仿生異質(zhì)納米棒檢測方法在食品安全行業(yè)和生物醫(yī)學(xué)診斷方面具有巨大的潛力,。”
該研究小組還包括喬治亞大學(xué)傳染病系的拉爾夫·特瑞普（Ralph A. Tripp）博士。他們通過掠射角沉積技術(shù)（GLAD）制備薄膜法構(gòu)造了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的硅/金納米棒陣列,，并使用抗沙門氏菌抗體和有機(jī)染料分子使其功能化,。由于硅納米棒高厚徑比大,，附著在硅納米棒上的染料分子在捕獲和檢測沙門氏菌時(shí)能夠產(chǎn)生強(qiáng)熒光。
帕克認(rèn)為,，傳統(tǒng)的用于檢測食源性病原體的微生物技術(shù)（如ISO 6579法）通常需要5天時(shí)間才能獲得陽性結(jié)果,，其過程包括預(yù)培養(yǎng)、選擇培養(yǎng)和菌落鑒定,，這些操作既耗時(shí)又費(fèi)力,。傳統(tǒng)培養(yǎng)方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是對低污染水平的樣本靈敏度差。
很多研究人員已使用了熒光抗體技術(shù)（FA）檢測沙門氏菌,。雖然熒光抗體技術(shù)能夠節(jié)約時(shí)間,，但為了觀察到可檢測的熒光信號，它要求樣本中要有足夠多的病原體,。這常常意味著增菌培養(yǎng)技術(shù)要優(yōu)先于免疫熒光顯微鏡技術(shù),。因此，熒光抗體技術(shù)尚未成為檢測沙門氏菌的常規(guī)方法,。
納米技術(shù)在設(shè)計(jì)可靠檢測食源性病原體的傳感器方面正發(fā)揮越來越大的作用,。趙義平教授說：“所有用于生物傳感的納米結(jié)構(gòu)都有兩個(gè)特點(diǎn)。首先,，它們具有某些針對被分析物的識別機(jī)制,，例如抗體或酶。其次,，它們能夠從被分析物中產(chǎn)生特定的信號,，并且這種信號能夠由納米結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生或者由固定或包含在納米結(jié)構(gòu)中的信號分子產(chǎn)生。”
傅俊學(xué)是趙義平教授研究小組的一名研究生,，他指出,，單組分納米結(jié)構(gòu)很難同時(shí)固定識別分子和信號分子。而異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)則為解決這一問題提供了良好的平臺,。因此,，不同功能的分子能夠被固定在異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的不同組分上，從而增強(qiáng)檢測的靈敏度和特異性,。在實(shí)驗(yàn)中,，趙義平教授成功地利用連接在金納米棒上的抗體捕獲了單個(gè)沙門氏菌，并被固定在硅納米棒上的大量染料分子檢測,。
大體上,，如果選擇合適的抗體與納米棒上的底物相連，則本項(xiàng)研究的結(jié)果能夠被用于檢測其他食源性致病菌,，如大腸埃希氏菌,、葡萄球菌，以及食物毒素。此外,，熒光檢測染料還能夠被其他類型的染料或量子點(diǎn)替代，進(jìn)行多重檢測,。
這種新型的納米生物傳感器可以被廣泛用于食品工業(yè),、食品安全檢測機(jī)構(gòu)、政府食品安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)和從事食品安全與生物安全的研究人員,。
