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在食源性疾病频发的背景下，为实现细菌的快速检测，来自印度的研究人员开展了基于片上电化学裂解（ECL）技术裂解食源性细菌的研究。他们用 Pt-rGO 修饰电极，成功在 3V 低电压下快速裂解多种细菌，且 DNA 产量更高、片段更长，对食源性疾病诊断意义重大。
在食品安全领域，食源性细菌污染引发的疾病严重威胁着人类健康。传统的微生物检测技术虽然可靠，但存在耗时长、劳动强度大的缺点。而基于核酸的分子诊断方法，因其能快速、灵敏地检测细菌，成为研究热点。不过，该方法中微生物细胞裂解这一 DNA 提取的关键步骤，却面临诸多挑战。像化学裂解虽有效，但化学残留难以去除，不利于转化为片上检测装置；机械裂解需要复杂的微加工设备来制造纳米结构；电裂解则存在电场强度要求高、样本焦耳热效应和气体产生等问题，会阻塞微通道；热裂解可能损坏细胞内蛋白质和 DNA，影响后续分子分析；光学裂解所需的激光设备昂贵且体积庞大，不适合即时检测（PoCT）。
为了解决这些问题，印度 Amrita Vishwa Vidyapeetham 的 Amrita Biosensor Research Lab、Department of Chemistry 以及 Amrita Biomedical Engineering Centre 的研究人员开展了相关研究。他们合成了铂修饰的还原氧化石墨烯（Pt-rGO）纳米复合材料，并将其应用于片上电化学裂解系统，用于裂解食源性致病细菌。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是材料合成，通过改良的 Hummers’法合成氧化石墨烯（GO），再利用一锅还原法制备 Pt-rGO 纳米复合材料；其次是电极制备，采用丝网印刷法制作电极，并将 Pt-rGO 纳米复合材料与碳墨水混合修饰工作电极；然后通过多种表征技术，如场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）等对 Pt-rGO 纳米复合材料进行结构和性能表征；最后对细菌进行培养、裂解实验，通过琼脂平板培养、扫描电子显微镜（SEM）观察、琼脂糖凝胶电泳（AGE）和 Qubit 双链 DNA（dsDNA）检测试剂盒等方法，对细菌裂解效果和提取的 DNA 进行分析。
下面来看看具体的研究结果：
- Pt-rGO 的表征：通过 FESEM 和 TEM 观察到 GO 表面有褶皱，Pt-rGO 中 Pt 纳米颗粒均匀分布在 GO 片层上，平均粒径为 5.09nm。EDS 元素分析确认了 Pt-rGO 中 Pt、C、O 元素的存在及含量。XRD 分析表明 Pt-rGO 中 Pt 的晶体相，UV-Vis 光谱和拉曼光谱显示了 GO 还原为 rGO 的过程。Tafel 曲线表明 Pt-rGO 修饰的电极（Pt-rGO/SPCE）在水电解中表现出更优的电催化活性。
- 细菌的电化学裂解：由于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌结构不同，前者细胞壁更厚，对裂解的抗性更强。研究人员优化裂解电压发现，在 Pt-rGO/SPCE 上，3V 电压 2 分钟即可实现对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌 S. aureus ）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌 E. coli、沙门氏菌 Salmonella ）的完全裂解，而未修饰的电极（SPCE）则需要更高电压。SEM 图像进一步证实了细菌在裂解后的形态变化，表明细菌已完全裂解。
- DNA 定量：AGE 结果显示，电化学裂解方法比标准化学裂解试剂盒产生的 DNA 片段更长。Qubit dsDNA 检测试剂盒分析表明，电化学裂解获得的 DNA 产量在革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中均更高。对大肠杆菌裂解液进行聚合酶链反应（PCR），结果表明电化学裂解释放的 DNA 能有效扩增，说明该方法可用于病原体识别检测。
研究结论和讨论部分指出，研究人员成功合成了 Pt-rGO 纳米复合材料，并用于修饰丝网印刷电极，实现了对多种食源性致病细菌的快速、高效裂解。与传统化学裂解试剂盒相比，该电化学裂解方法在 DNA 产量和片段长度上更具优势，PCR 分析也证实了其在细菌识别中的有效性。这一研究成果为开发用于食源性疾病诊断的样本到答案式即时检测（PoCT）装置提供了可能，有望在食品安全检测领域发挥重要作用，助力快速、准确地识别食源性致病菌，保障公众健康。
