基于Ti3C2Tx MXene纳米带/铜纳米颗粒与适配体门控探针/UiO-66框架协同作用的食源性病原菌同步电化学检测新策略

为解决食源性病原菌共存导致的检测难题，研究人员开发了一种基于Ti3C2TxNR/Cu纳米复合电极与适配体门控MOFs探针的同步电化学传感平台。该研究通过自还原法制备信号放大材料，结合UiO-66封装MB/Fc探针及特异性aptamer生物门控机制，实现了金黄色葡萄球菌（S. aureus）和单增李斯特菌（LM）的高灵敏度检测（LOD低至2-3 CFU/mL），为食品安全监测提供了创新解决方案。

　　

在食品安全领域，金黄色葡萄球菌（S. aureus）和单增李斯特菌（LM）是两种极具威胁的病原体，它们产生的毒素可引发从食物中毒到癌症等多种严重疾病。尽管现有检测技术如PCR和全基因组测序具有高准确性，但其操作复杂、设备昂贵的特点限制了广泛应用。更棘手的是，实际污染场景中多种病原菌常共存，而传统电化学传感器多针对单一靶标，难以满足同步检测需求。这一现状催生了对于新型检测技术的迫切需求——如何开发兼具高灵敏度、多靶标识别能力且成本低廉的检测平台？

针对这一挑战，国内研究人员创新性地将二维材料Ti₃C₂T_x MXene与铜纳米颗粒（CuNPs）复合，构建了"纳米材料-生物门控"协同作用的检测体系。该研究通过自还原法制备Ti₃C₂T_x纳米带负载CuNPs的电极材料（Ti₃C₂T_xNR/Cu），同时设计适配体（Apt）门控的UiO-66金属有机框架（MOFs）作为生物识别元件，成功实现了S. aureus和LM的同步检测，相关成果发表在《Sensing and Bio-Sensing Research》上。

关键技术方法
研究采用三步核心策略：1）通过HF蚀刻和KOH撕裂制备Ti₃C₂T_x纳米带（NR），利用其自还原特性负载CuNPs；2）构建UiO-66封装亚甲蓝（MB）和二茂铁（Fc）探针，分别用S. aureus适配体（S-Apt）和LM适配体（L-Apt）功能化；3）优化检测参数后，通过差分脉冲伏安法（DPV）同步测量MB（-0.12V）和Fc（0.29V）的电流信号。实验使用中国工业微生物保藏中心提供的标准菌株验证性能。

研究结果

3.1 材料表征
SEM/TEM显示Ti₃C₂T_xNR呈宽度约20nm的带状结构，负载的CuNPs平均尺寸为2.3±0.3nm。XRD证实CuNPs使材料层间距从7.0°扩大到6.1°，电化学阻抗谱（EIS）证明Ti₃C₂T_xNR/Cu导电性显著提升。UiO-66晶体尺寸约230nm，封装探针后仍保持结构完整性。

3.2 可行性验证
DPV实验显示：无靶菌时MB/Fc信号微弱；加入目标菌后，S-Apt/MB@UiO和L-Apt/Fc@UiO分别释放探针，在Ti₃C₂T_xNR/Cu电极产生显著电流响应，且信号强度比未修饰电极提高3倍以上。单菌检测实验证实系统对两种病原菌的特异性识别能力。

3.3 检测性能
优化参数后，传感器对S. aureus和LM的检测范围分别为10-10⁷ CFU/mL（△I_S=0.6228logC-0.5231）和10-10⁸ CFU/mL（△I_L=0.8272logC-0.7181），LOD达2-3 CFU/mL。交叉实验表明，即使非目标菌浓度高10倍，ΔI波动仍<5%。牛奶样本测试回收率91.3%-97.6%，与ELISA结果一致。

结论与意义
该研究通过Ti₃C₂T_xNR/Cu的协同信号放大效应与适配体门控MOFs的特异性识别功能，突破了多病原菌同步检测的技术瓶颈。其创新性体现在三方面：1）首次将非贵金属CuNPs与MXene复合用于病原菌检测；2）开发模块化设计，仅更换适配体即可扩展检测其他细菌；3）在保持超高灵敏度（较传统方法低2-3数量级）的同时实现多靶标分析。这项技术为食品安全监测提供了可量产、低成本的新型解决方案，其设计思路对开发其他生物传感器具有重要借鉴价值。