基于还原氧化石墨烯的吸光度生物传感器用于大肠杆菌DNA的高灵敏检测

本研究针对大肠杆菌(E. coli)检测的迫切需求，开发了一种基于还原氧化石墨烯(rGO)的光学生物传感器。通过水热法合成功能化rGO材料，结合氨基修饰的DNA探针，实现了对E. coli DNA的特异性识别，检测限达80.28 fM。该传感器在273 nm波长处表现出优异的线性响应(0-476.19 fM)，且对非靶标细菌(B. subtilis等)具有显著选择性。这项技术为病原体监测提供了一种低成本、快速灵敏的检测方案。

　　

大肠杆菌作为重要的食源性致病菌，其快速检测一直是食品安全和临床诊断领域的重大挑战。传统PCR等方法虽可靠但耗时耗力，而现有生物传感器又常面临灵敏度不足或成本过高的问题。针对这些技术瓶颈，越南河内科技大学的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项创新研究，开发出基于还原氧化石墨烯(rGO)的光学生物传感器，为大肠杆菌DNA检测提供了新思路。

研究人员采用水热还原法制备功能化rGO，通过SEM、XRD和FTIR进行表征；设计氨基修饰的BL21探针(序列：5'-CGGATGCGGCGTGAACGCCT-3')与rGO非共价结合；利用紫外-可见分光光度法在273 nm监测DNA杂交信号；使用五种细菌(E. coli、B. subtilis等)的DNA验证特异性。所有细菌样本均来自河内科技大学的微生物遗传学实验室。

【材料表征】

SEM显示rGO呈现层状纳米片结构，XRD在26.52°和44.54°出现特征峰，FTIR证实含羧基和羟基，这些特性为DNA吸附提供了理想界面。

【检测性能】

在273 nm处，E. coli DNA浓度与吸光度呈线性关系(y=2×10^-4x+0.1431，R²=0.962)，检测限80.28 fM。与GO传感器相比，rGO的吸光度响应提升54%，且信号更稳定。

【特异性验证】

对V. proteolyticus等非靶标菌的交叉反应低于-34%，而E. coli产生+54%信号变化，证明NH₂-BL21探针的高度特异性。

【探针优化】

比较发现氨基修饰探针性能最优，硫醇修饰和未修饰探针均呈负响应，证实NH₂基团对rGO界面修饰的关键作用。

这项研究通过巧妙的材料设计与光学检测策略，实现了三大突破：首先，水热法制备的rGO兼具高比表面积和适宜官能团，为DNA吸附提供理想平台；其次，273 nm波长处的特异性信号变化机制，避免了复杂的标记步骤；最后，探针-材料界面的精准调控使检测限达到fM级。相比传统方法，该传感器在成本（无需PCR试剂）、速度（直接检测）和便携性方面具有显著优势，为现场检测提供了新工具。尽管在长期稳定性方面仍需改进，但这项技术已展现出在食品安全快速筛查、水源污染预警等场景的应用潜力，为下一代生物传感器开发提供了重要参考。