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水传播疾病是全球性问题，每年导致超过220万人死亡，并引发腹泻、胃肠疾病和皮肤感染等多种健康问题。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌是常见的水传播病原菌，且具有较高的耐药性，因此快速、灵敏地检测这些细菌对于保障饮用水安全和公共卫生至关重要。传统的细菌检测方法如聚合酶链式反应(PCR)和酶联免疫吸附试验(ELISA)通常需要复杂的样品前处理、专业人员操作以及长达2-4天的检测时间，难以满足快速检测的需求。

近日，英国巴斯大学的研究团队在Biosensors and Bioelectronics期刊上发表了题为 ：Aptamer-molecularly imprinted polymer sensors for the detection of bacteria in water论文。

研究团队开发的电化学生物传感器创新性地结合了分子印迹聚合物和适配体的优势。分子印迹聚合物成本低、选择性高，但存在交叉选择性等问题;适配体特异性强、化学稳定性好，却易在生物介质中降解。二者结合形成的双重识别系统，显著提升了检测性能。

图 1：通过 QCM-D 技术展示了适配体在 QCM 芯片上固定及大肠杆菌、金黄色葡萄球菌分别与其特异性适配体结合过程中，石英晶体频率和耗散的变化，以此证明适配体与细菌的结合情况及结合亲和力。

在制备过程中，研究人员先使适配体与目标细菌结合，再通过电化学聚合多巴胺在金电极表面形成聚合物膜，洗脱细菌后留下特异性识别空腔。检测时，非 Faradaic 电化学阻抗谱(EIS)通过测量电极-电解质界面电容变化来确定细菌浓度。

图 2：以 Cole-Cole 图呈现 S. aureus 的 Apta-MIP 和 NIP 传感器在制备过程各关键步骤(如适配体 - 细菌固定、多巴胺聚合、模板去除、细菌重结合)下电极电容的变化，辅助理解传感器工作原理。

图 3：利用 SEM 图像依次展示 S. aureus Apta-MIP 传感器在多巴胺聚合后、细菌去除后、细菌重结合后的微观表面形态，直观呈现传感器结构变化。

实验结果显示，Apta-MIP传感器检测大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的下限分别低至 2CFU/mL 和 4CFU/mL，动态范围为 1CFU/mL 至108CFU/mL。与单独使用适配体或分子印迹聚合物的传感器相比，其灵敏度更高，如检测108CFU/mL 的大肠杆菌时，Apta - MIP 传感器电容变化比单一 MIP 传感器高约 2 倍。该传感器特异性良好，交叉检测时电容变化小于3%。

图 4：对比不同类型传感器(Apta-MIP、MIP、aptasensor、NIP)检测不同浓度大肠杆菌和金黄色葡萄球菌时的电容变化，评估 Apta-MIP 传感器的灵敏度和特异性。

在实际水样检测中，传感器在去离子水和加标自来水中均表现出色。检测大肠杆菌时，自来水中物质虽有影响，但未阻碍检测;检测金黄色葡萄球菌时，在两种水样中的电容变化几乎相同。该传感器不仅能够特异性检测单一目标细菌，还能在含有两种细菌的混合样品中实现多重检测。实验表明，即使在复杂的水样中，传感器仍能准确识别并检测目标细菌，显示出良好的抗干扰能力。这种双重识别机制显著提高了检测的准确性和可靠性。

图 5：呈现 Apta-MIP 传感器检测不同浓度大肠杆菌和金黄色葡萄球菌时，在去离子水和自来水中的电容变化情况，反映其在实际水样中的检测性能。

总结：这种新型传感器检测限低、动态范围宽、可重复使用，有望成为即时检测工具，应用于饮用水安全监测和细菌相关疾病诊断，助力保障全球公共卫生安全。

参考文献：[1] Agar M, Laabei M, Leese H S, et al. Aptamer-molecularly imprinted polymer sensors for the detection of bacteria in water[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2025.272:117136.

来源：微生物安全与健康网，作者~徐礼龙。