基于MWCNT-COOH/MOF-818复合材料的硫醇-烯点击反应适配体传感器用于食源性致病菌的高灵敏检测

为解决食源性致病菌快速检测难题，研究人员开发了一种基于MWCNT-COOH/MOF-818复合材料的电化学适配体传感器。通过硫醇-烯点击化学定向固定高特异性适配体，实现了对金黄色葡萄球菌（3 CFU mL?1）、大肠杆菌（6 CFU mL?1）和鼠伤寒沙门氏菌（4 CFU mL?1）的超灵敏检测，并在猪肉样品中验证了实用性。该技术为食品安全现场筛查提供了创新解决方案。

　　

在全球食品供应链日益复杂的背景下，食源性致病菌污染已成为威胁公共健康的隐形杀手。传统检测方法如平板培养虽可靠但耗时，分子诊断技术又受限于核酸提取效率和设备要求。面对金黄色葡萄球菌（S. aureus）、大肠杆菌（E. coli）和鼠伤寒沙门氏菌（S. typhimurium）等病原体引发的健康风险，亟需开发兼具快速、便携和智能化的检测技术。

这项发表于《Current Research in Green and Sustainable Chemistry》的研究，创新性地将金属有机框架材料MOF-818与羧基化多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)复合，构建了"识别-转导-放大"一体化的电化学传感平台。MOF-818的三维介孔结构为生物分子提供了富集位点，而MWCNT-COOH的导电网络解决了MOF材料本征导电性不足的瓶颈。通过紫外光引发的硫醇-烯点击化学反应，研究人员将特异性适配体共价固定在复合界面，实现了对病原体的精准捕获。

关键技术方法

研究采用水热法合成Cu-Zr双金属MOF-818，通过酸处理制备MWCNT-COOH；利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征材料特性；通过循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)优化传感器性能；差分脉冲伏安法(DPV)用于定量检测；实际样本检测采用市售猪肉匀浆液进行加标回收实验。

研究结果

1. 1.

   材料表征：SEM显示MOF-818呈规则八面体结构，与MWCNT-COOH复合后形成三维交联网络。XPS证实MOF-818中Cu⁺/Cu²⁺和Zr⁴⁺的共存，FT-IR验证了MWCNT-COOH的成功羧基化。

2. 2.

   电化学性能：MWCNT-COOH/MOF-818复合电极的电荷转移电阻比单一材料降低46%，证实协同效应。适配体固定后电流响应衰减，符合空间位阻理论。

3. 3.

   检测性能：传感器对三种病原体的检测限达CFU级别，在猪肉基质中回收率为89.3%-127%，与平板计数法结果吻合。特异性实验显示对8种非靶标菌株的交叉反应<5%。

4. 4.

   稳定性验证：传感器在20天内信号衰减<8.9%，批间差异RSD<4.7%，满足实际应用要求。

研究意义

该工作通过界面工程实现了三个突破：① MOF-818的周期性孔道解决了生物大分子传质限制；② MWCNT-COOH构建的导电网络放大了电信号；③ 点击化学固定策略保障了适配体活性。这种模块化设计只需更换适配体序列即可检测不同病原体，为食品安全监测提供了普适性技术框架。相比传统方法，该传感器将检测时间从数天缩短至8分钟，灵敏度提高2-3个数量级，对预防食源性疾病暴发具有重要价值。未来通过与微流控芯片或物联网技术结合，有望开发出更智能的现场检测设备。