分子印迹多功能聚合物修饰单原子同质结用于高灵敏度光电化学检测大肠杆菌O157:H7

针对食源性致病菌检测中分子印迹聚合物(MIPs)识别性能低、光活性材料效率不足的问题，研究人员开发了基于双功能单体(1,4-Di(2-thienyl)-1,4-butanedione和piracetam)的MIPs修饰单原子同质结(PHI-Cd)光电化学(PEC)传感器。该传感器通过内置电场促进电子-空穴分离，并利用类过氧化物酶活性催化H2 O2 产O2 实现信号放大，实现对大肠杆菌O157:H7的超灵敏检测(检测限3.0 CFU/mL)，为食品安全监测提供新策略。

　　

食源性疾病是全球公共卫生的重大威胁，其中产志贺毒素的大肠杆菌O157:H7(E. coli O157:H7)尤为危险——仅需10个活菌即可引发感染，且能在饮用水和食品加工设备中存活数周。传统检测方法如平板计数、ELISA和PCR存在耗时长、操作复杂等局限，而现有光电化学(PEC)传感器又面临生物识别元件(如抗体)易失活、分子印迹聚合物(MIPs)光活性不足的瓶颈。如何开发兼具高稳定性、高灵敏度的检测技术，成为食品安全监测领域的迫切需求。

针对这一挑战，山东某高校团队在《Analytica Chimica Acta》发表研究，创新性地将单原子同质结(PHI-Cd)与双功能单体MIPs结合，构建了新型PEC传感器。研究采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征材料形貌，通过分子对接验证功能单体与细菌磷脂双层的相互作用，并系统评估传感器的选择性、稳定性和催化性能。

表征与性能验证
SEM/TEM显示MIPs成功包覆于PHI-Cd表面，形成均匀的印迹空腔。密度泛函理论计算证实PHI-Cd中Cd单原子掺杂形成内置电场，使电子-空穴分离效率提升2.3倍。类过氧化物酶活性实验表明，PHI-Cd催化H₂
O₂
生成O₂
的速率常数达4.7×10^-3
s^-1
，为信号放大奠定基础。

双功能单体的协同效应
分子对接揭示1,4-Di(2-thienyl)-1,4-butanedione通过π-π堆积与细菌膜磷脂结合(-8.2 kcal/mol)，而piracetam通过氢键(-5.6 kcal/mol)增强特异性。双单体协同使MIPs对E. coli O157:H7的吸附容量达9.8×10^-9
mol/cm²
，较传统MIPs提升4倍。

检测性能
传感器在10-10⁸
CFU/mL范围内呈线性响应，检测限低至3.0 CFU/mL。实际样品加标回收率为92.3-106.7%，且能区分沙门氏菌等干扰菌(RSE<5%)。当细菌占据印迹空腔时，光电流下降幅度与浓度对数呈正比，实现"信号关闭"型检测。

该研究首次将单原子催化与双功能MIPs整合，突破传统PEC传感器识别元件与光活性材料性能割裂的局限。PHI-Cd的内置电场和类酶活性赋予传感器自放大功能，而计算辅助的双单体设计为MIPs理性开发提供范式。这种"材料-识别-催化"三位一体策略，不仅为食源性致病菌监测开辟新途径，更为环境健康风险评估工具的智能化发展注入新动能。Yizhong Shen和Fang yishan团队特别指出，该技术可适配其他病原体检测需求，通过替换功能单体实现平台化应用。