工程院食品安全院士团队

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大肠杆菌是引发多种水传播疾病的主要原因，世界卫生组织已将水中大肠杆菌含量作为评估粪便污染的主要指标。目前常用的平板计数法和聚合酶链反应（PCR）虽灵敏度高，但操作繁琐、耗时久且需专业设备，在资源有限地区难以推广。酶介导的级联反应结合比色法具有操作简单、快速直观、无需复杂设备等优势，且与智能手机结合后更适用于资源受限地区，但传统纳米酶存在依赖不稳定的H ₂O₂ 、对反应温度和 pH 要求苛刻等问题。

研究团队合成了具有 pH 适应性的CuO₂作为光响应氧化酶，它在光照下能通过光生空穴直接氧化 3,3,5,5 - 四甲基联苯胺（TMB），避免了对酸性 pH 的依赖，在中性条件下也能保持良好的催化活性，同时还能维持 β - 半乳糖苷酶（β - gal）的最佳活性。噬菌体作为特异性细菌识别剂，能选择性识别大肠杆菌并促进 β - gal 快速释放，提升检测灵敏度。二者结合构建的级联反应体系，可实现对大肠杆菌的高效检测。

图 1：展示CuO₂ 合成过程及相关表征，证明其成功制备。

图 2：探究 pH 对CuO₂酶活性影响及光响应氧化酶活性机制。

图 3：研究β−gal/CuO₂ 级联反应检测大肠杆菌的可行性与选择性。

实验中，研究人员先将大肠杆菌与噬菌体孵育，离心获取含 β - gal 的上清液，再加入 p - 氨基苯基 β - D - 吡喃半乳糖苷（PAPG）和CuO₂ ，反应一段时间后加入 TMB 并光照，最后加H₂SO₄终止反应。通过紫外 - 可见分光光度计分析 450nm 处氧化型 TMB（Ox - TMB）的吸收峰，或利用智能手机 RGB 颜色识别技术，即可检测大肠杆菌浓度。该方法检测限低至15CFU/mL，能准确测量低至10²CFU/mL的大肠杆菌浓度，回收率在 95.0% - 104.1% 之间，相对标准偏差（RSD）为 1.3% - 2.8%。同时，该方法可区分活死大肠杆菌，减少假阳性和假阴性结果。结合智能手机的比色传感检测，不仅操作便捷，检测限更是低至13CFU/mL 。此外，CuO₂作为光响应氧化酶在 4°C 储存 7 天仍能保持高活性，检测方法的重现性良好。

图 4：观察噬菌体感染大肠杆菌过程及 β - 半乳糖苷酶释放差异。 

图 5：评估生物传感器检测大肠杆菌的特异性及区分活死菌能力。 

图 6：测试CuO₂稳定性和检测方法对大肠杆菌检测的重现性。

该研究揭示了CuO₂的新型光氧化酶特性，并将其与噬菌体特异性相结合，开发出高效的大肠杆菌检测方法。此方法在资源受限环境中具有巨大应用潜力，有望成为水质监测和食品安全保障的有力工具。

参考文献：Zeng Q, Deng T, Yang Y, et al. pH-Adaptable CuO2 Photo-responsive Oxidase with Phage-Lysed β-galactosidase Based Cascade Reaction for Colorimetric Detection of Escherichia coli in Drinking Water with High Specificity and Sensitivity[J]. Journal of Hazardous Materials, 2025: 138295.

来源：微生物安全与健康网，作者~徐礼龙。