碳纳米管增强型铅笔绘制纸基生物传感器用于食源性大肠杆菌的电化学检测

为解决食源性病原体快速检测难题，研究人员开发了基于多壁碳纳米管(MWCNTs)修饰的铅笔绘制纸基电化学生物传感器，实现了对大肠杆菌(E. coli)的高灵敏度(检测限2.6×101 CFU·mL-1)和宽线性范围(100-107 CFU·mL-1)检测，为食品安全监测提供了低成本、便携式解决方案。

　　

食源性病原体检测一直是公共卫生和食品工业的重大挑战。大肠杆菌(Escherichia coli)作为最常见的食源性致病菌之一，其快速检测对预防疾病暴发至关重要。传统检测方法如聚合酶链反应(PCR)和酶联免疫吸附试验(ELISA)虽可靠，但存在设备昂贵、操作复杂等局限。而电化学传感技术凭借快速、便携和低成本优势成为研究热点，但传统电极制备工艺复杂且难以规模化生产。

针对这一技术瓶颈，布尔萨乌鲁达大学的研究团队创新性地将铅笔绘制技术与商用切割设备相结合，开发出具有高重现性的纸基电化学生物传感器。通过将多壁碳纳米管(MWCNTs)与大肠杆菌多克隆抗体偶联后修饰于工作电极，构建了性能优异的检测平台。该研究成果发表于《Analytica Chimica Acta》，为食品安全监测提供了新思路。

关键技术方法
研究采用商用切割机(Cameo 4, Silhouette)自动化绘制石墨电极图案，确保制备一致性；通过循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)优化检测条件；使用苹果汁和街头食品分离的野生型大肠杆菌菌株验证实际应用性能。

研究结果

电极表征与优化
机器辅助绘图显著提高了电极重现性，表面电阻相对标准偏差(RSD)降至2.8%。优化后最佳工作条件为pH 7.2、抗体-碳纳米管(Ab-MWCNT)负载量10μg·mL^-1、孵育时间30分钟。

检测性能
传感器在10⁰-10⁷ CFU·mL^-1范围内呈现优异线性，检测限低至26 CFU·mL^-1。对枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等非目标菌株表现出高选择性，在苹果汁基质中回收率达95-103%。

实际样本验证
成功检测出街头食品分离的野生型大肠杆菌，证实其在复杂基质中的适用性。

结论与意义
该研究首次将铅笔绘制技术应用于大肠杆菌检测传感器的电极制备，通过机器辅助绘图解决了手工制备重现性差的难题。所开发的纸基传感器兼具低成本(约0.5美元/片)、高灵敏度和良好选择性三大优势，特别适合资源有限地区的食品安全监测。研究团队特别指出，该方法无需复杂设备，整个检测过程可在1小时内完成，较传统方法提速80%以上。这项技术为食源性病原体现场检测提供了可推广的解决方案，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的"零饥饿"和"良好健康"具有重要实践意义。