综述：电化学生物传感器在细菌检测中的最新进展

这篇综述系统阐述了电化学生物传感器（ECBS）在细菌检测领域的前沿进展，重点探讨了功能纳米材料（如CNTs、GO、AuNPs、MOFs）与生物识别元件（抗体、噬菌体、适配体、MIPs）的协同优化策略，以及EIS、DPV等检测技术的创新应用。文章通过“基础-前沿”双框架，揭示了ECBS高灵敏度（LOD达1 CFU/mL）、快速响应（<30 min）和便携化优势，为精准医疗和环境监测提供了智能化解决方案。

　　

摘要

细菌检测在临床诊断和公共卫生中面临传统方法灵敏度低、耗时长等挑战。电化学生物传感器凭借高灵敏度、快速响应和成本效益脱颖而出。通过优化传感架构（如纳米材料界面工程）与整合前沿技术（双模态传感、柔性器件、人工智能），该领域正朝着微型化、智能化方向发展。

常用纳米材料

碳纳米管(CNTs)：Patel团队将CNTs滴铸在丝网印刷电极(SPE)上，通过噬菌体捕获耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)，检测限(LOD)达1.29×10²
CFU/mL。多壁碳纳米管(MWCNTs)导电性优异，Erta?利用其检测大肠杆菌K-12，LOD低至0.8 CFU/mL。

氧化石墨烯(GO)：Zhou Y通过羧化GO与噬菌体EP01结合，30分钟内完成大肠杆菌O157:H7检测（LOD=11.8 CFU/mL）。激光诱导多孔石墨烯技术简化了电极修饰流程，实现沙门氏菌13 CFU/mL的检测。

金纳米颗粒(AuNPs)：Roushani将AuNPs修饰玻碳电极(GCE)，结合鸡源IgY抗体实现金黄色葡萄球菌3.3 CFU/mL的特异性检测。Ranjar进一步整合纤维素纳米颗粒，LOD降至1 CFU/mL。

金属有机框架(MOFs)：Shan设计的ZIF-MOF搭载AuNPs，通过双循环信号放大（Fc和MB标记）使金黄色葡萄球菌检测限达1 CFU/mL。Dai的锆基MOF系统结合CRISPR-Cas14a，实现伯克霍尔德菌12.8 aM的超灵敏检测。

生物识别元件

抗体：Hu C的铂纳米颗粒-抗体传感器对大肠杆菌O157:H7的LOD为9 CFU/mL；Azmi通过双抗体夹心法检测结核分枝杆菌抗原，灵敏度达1.5 ng/mL。

噬菌体：Farooq将噬菌体与细菌纤维素复合，结合MWCNTs构建的传感器对金黄色葡萄球菌LOD为3 CFU/mL。

适配体：Abedi的适配体传感器针对鲍曼不动杆菌LOD达1 CFU/mL；Hui的“三明治”结构采用Ti₃
C₂
纳米复合材料，实现牛奶中金黄色葡萄球菌1 CFU/mL的检测。

分子印迹聚合物(MIPs)：Thirabowonkitphithan开发聚多巴胺MIP传感器，检测铜绿假单胞菌生物标志物绿脓菌素（LOD=0.74 μM）。Liu团队将MIPs与适配体联用，通过MXene-MOFs双信号放大实现比率型检测。

检测方法

阻抗谱(EIS)：Wang RF的噬菌体/CNT/SPE传感器10分钟内完成大肠杆菌检测（LOD=36 CFU/mL）。

差分脉冲伏安法(DPV)：Lin的细菌印迹膜结合Fc标记适配体探针，实现金黄色葡萄球菌10 CFU/mL的超灵敏检测。

方波伏安法(SWV)：Behoftadeh的MWCNTs/AuNPs传感器3分钟内检出大肠杆菌（LOD=3.02 CFU/mL）；Jaradat基于HopQ蛋白检测幽门螺杆菌，灵敏度达0.002 ng/mL。

前沿发展

双模态传感：Chen的Cu-MOF纳米探针同时输出比色（48 CFU/mL）与电化学信号（5 CFU/mL）；Cheng将光电化学与DPV联用，通过MB标记DNA探针检测肠炎沙门氏菌。

柔性传感器：Rao的丝素蛋白-聚氨酯薄膜传感器对大肠杆菌LOD为0.12 CFU/mL，支持多电极集成。

机器学习：Wang的EIS-ML模型可区分大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和副溶血弧菌；Xu团队通过阻抗参数关联提升大肠杆菌定量精度。

挑战与展望

尽管ECBS在检测限（低至1 CFU/mL）和响应时间（<30 min）上优势显著，但电极稳定性、信号转换准确性仍需优化。未来，CRISPR辅助信号放大、多模态传感融合、柔性电子与AI驱动分析系统将推动该技术向“芯片实验室”和穿戴设备发展，重塑感染病监测范式。