Application of Immunosensing Technology in Rapid Detection of Foodborne Pathogens

JIA Zhen， CHEN Wei， YI Xiujuan* （Yantai Economic and Technological Development Zone Center for Disease Control and Prevention， Yantai ， China）

Abstract： Food safety is a core issue of public health，and the rapid and accurate detection of foodborne pathogens is critical.Traditional detection methods such as culture methods，molecular biology methods，and conventional immunological methods have limitations in practical applications，including long detection cycles， complex operations，and insuffcientsensitivity.Immunosensor technology，which combines the specificrecognition of immunology with advanced sensing technology，has significant advantages in the rapid screening and on-site detection of foodborne pathogens， providing strong technical support for food safety.

Keywords： immunosensing technology; foodborne pathogens; rapid detection; on-site detection

全球食品貿(mào)易日益頻繁，食源性病原體快速檢測成為確保食品安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的食源性病原體檢測方法已難以滿足現(xiàn)代監(jiān)管需求，特別是在應(yīng)急響應(yīng)方面。免疫傳感技術(shù)結(jié)合免疫學識別與傳感器優(yōu)勢，克服了傳統(tǒng)檢測方法的不足，可實現(xiàn)快速、靈敏、便捷檢測，在食品安全領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力[]。本文分析傳統(tǒng)檢測方法的局限性，探討免疫傳感技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為推動其在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

1食源性病原體及其危害

食源性病原體是指通過食品傳播并引起疾病的微生物，這些病原體可以通過食物或飲用水進入人體，導致感染性疾病，按照致病機制和生物學特性可分為細菌性病原體（沙門氏菌、大腸桿菌O157：H7等）、病毒性病原體（諾如病毒、甲型肝炎病毒等）、寄生蟲（隱孢子蟲、旋毛蟲等）及骯病毒等。這些病原體對公共衛(wèi)生構(gòu)成了嚴重威脅。

食源性病原體的危害主要體現(xiàn)在3個層面： ① 它們直接危害人體健康，可引發(fā)從輕微胃腸炎到嚴重神經(jīng)系統(tǒng)損傷甚至死亡等不同程度的疾病； ② 食源性疾病所引發(fā)的醫(yī)療費用、勞動力損失以及食品召回等情況，共同構(gòu)成了重大的經(jīng)濟負擔； ③ 病原體污染嚴重影響食品貿(mào)易和品牌聲譽，導致長期市場損失。隨著全球食品貿(mào)易日益頻繁和食品加工技術(shù)的發(fā)展，食源性病原體的傳播風險不斷上升，對檢測方法提出了更高的要求[2]。

2傳統(tǒng)方法在食源性病原體快速檢測中的局限性

2.1傳統(tǒng)培養(yǎng)法

傳統(tǒng)培養(yǎng)法作為食源性病原體檢測的經(jīng)典方法，其基于微生物在特定培養(yǎng)基上生長繁殖并形成可見菌落的原理實現(xiàn)對目標物質(zhì)的檢測。該方法通常包括預(yù)富集、選擇性富集、選擇性平板分離和生化鑒定等連續(xù)步驟。雖然傳統(tǒng)培養(yǎng)法具有成本相對較低、可信度高的優(yōu)勢，但其局限性十分明顯： ① 檢測周期冗長，通常需要數(shù)天時間才能得出結(jié)論，無法滿足快速檢測需求； ② 操作流程復雜，需要專業(yè)實驗室環(huán)境和技術(shù)人員支持； ③ 難以檢測處于應(yīng)激狀態(tài)的“可培養(yǎng)但不能生長”微生物，導致漏檢風險； ④ 自動化程度不足，人工工作量大，不適合大批量樣品處理； ⑤ 對某些特殊營養(yǎng)需求或生長緩慢的病原體檢測效果不佳，影響檢測結(jié)果的準確性。

2.2 傳統(tǒng)分子生物學方法

分子生物學方法，特別是聚合酶鏈式反應(yīng)（PolymeraseChainReaction，PCR）技術(shù)，通過特異性擴增目標病原體的核酸片段實現(xiàn)檢測。PCR技術(shù)雖然能明顯縮短檢測時間，但仍存在多方面的局限性： ① 對專業(yè)設(shè)備依賴性強，需要核酸提取和PCR儀器等昂貴設(shè)備，增加了檢測成本； ② 食品復雜基質(zhì)中的蛋白質(zhì)、脂肪、多酚等成分易抑制PCR反應(yīng)，干擾檢測結(jié)果； ③ PCR檢測通常僅能確認特定核酸片段的存在，難以區(qū)分活菌與死菌，影響檢測結(jié)果；④ PCR對操作環(huán)境要求嚴格，需防止交叉污染，不利于現(xiàn)場快速檢測； ⑤ 結(jié)果解讀需要有專業(yè)知識，非專業(yè)人員難以操作，限制了其在基層的應(yīng)用推廣。

2.3傳統(tǒng)免疫學方法

傳統(tǒng)免疫學方法如酶聯(lián)免疫吸附測定法（Enzyme-LinkedImmunosorbentAssay，ELISA）基于抗原與抗體的特異性結(jié)合，通過顏色變化指示目標病原體存在。該方法特異性好，但同樣存在以下幾方面的不足： ① 檢測時間相對較長，一般需要數(shù)小時才能完成一個完整的檢測周期； ② 檢測靈敏度有限，對低濃度病原體檢出情況不理想，通常需要前期富集培養(yǎng)； ③ 操作步驟煩瑣，涉及包被、封閉、樣品加入、多次洗滌等多個環(huán)節(jié)，操作復雜； ④ 在復雜食品基質(zhì)中易受干擾，產(chǎn)生假陽性或假陰性結(jié)果； ⑤ 多為實驗室集中式檢測，檢測設(shè)備體積較大，難以支持現(xiàn)場快速檢測。這些局限使傳統(tǒng)免疫學方法難以滿足現(xiàn)代食品安全快速檢測的實際需求。

3免疫傳感技術(shù)在食源性病原體快速檢測中的應(yīng)用優(yōu)勢

免疫傳感技術(shù)是結(jié)合免疫學特異性識別原理與各類傳感器的新型檢測方法，其基本工作原理是利用抗原與抗體間的特異性結(jié)合，通過信號轉(zhuǎn)導將生物識別過程轉(zhuǎn)化為可測量的信號[3]。根據(jù)其信號轉(zhuǎn)導方式可分為多種類型，如側(cè)向流動免疫層析技術(shù)（色標可視化）、電化學免疫傳感技術(shù)（電流/電位/電阻變化）、納米增強免疫傳感技術(shù)（納米材料信號放大）等。這些技術(shù)針對不同檢測需求，在實際應(yīng)用中各有優(yōu)勢，共同構(gòu)成了食源性病原體快速檢測的技術(shù)體系。

3.1快速篩查與現(xiàn)場檢測

免疫傳感技術(shù)結(jié)合了免疫學特異性識別與先進傳感器信號轉(zhuǎn)導優(yōu)勢，有效解決了傳統(tǒng)方法檢測周期長和現(xiàn)場應(yīng)用困難的問題。側(cè)向流動免疫層析技術(shù)（LateralFlowImmunoassay，LFIA）以其簡便快捷著稱，樣品添加后僅需幾分鐘即可獲得清晰結(jié)果，相關(guān)人員無須經(jīng)過專業(yè)培訓即可操作。這種技術(shù)特別適合在生產(chǎn)現(xiàn)場、流通環(huán)節(jié)和市場監(jiān)管中應(yīng)用，可實現(xiàn)對食源性病原體的即時篩查。

便攜式電化學免疫傳感系統(tǒng)在食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)將抗原抗體特異性結(jié)合與電化學信號放大結(jié)合，能在原料驗收階段快速篩查沙門氏菌等重要病原體，大幅提高生產(chǎn)安全保障能力[4。該技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)濫用，還可實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備表面的持續(xù)監(jiān)測，形成生產(chǎn)全過程安全防護網(wǎng)絡(luò)，有效預(yù)防交叉污染。在市場監(jiān)管環(huán)節(jié)，執(zhí)法人員可攜帶便攜式免疫檢測設(shè)備直接在農(nóng)貿(mào)市場、商超進行現(xiàn)場檢測，實現(xiàn)對高風險食品的快速篩查，顯著提升監(jiān)管效率、擴大覆蓋范圍。這種技術(shù)優(yōu)勢可進一步擴展至餐飲服務(wù)和家庭消費領(lǐng)域，各類簡易免疫檢測產(chǎn)品可使終端消費者也能參與食品安全監(jiān)管中，有利于構(gòu)建全社會共同參與的食品安全保障體系。

3.2 高靈敏度與低濃度檢測

免疫傳感技術(shù)通過多種創(chuàng)新策略有效解決了傳統(tǒng)檢測方法靈敏度不足的問題。納米材料增強是提高檢測靈敏度的核心路徑，量子點標記抗體能顯著放大熒光信號，實現(xiàn)對痕量病原體的準確檢測；金納米顆粒修飾電極則通過優(yōu)化界面結(jié)構(gòu)，大幅提高電子轉(zhuǎn)移效率，使季斯特菌等重要病原體的檢測限降至傳統(tǒng)方法無法檢測的水平。

復雜食品基質(zhì)干擾一直是檢測難題，而磁性納來顆粒輔助免疫分離技術(shù)為該問題提供了有效的解決方案?？贵w修飾的磁性顆粒能從復雜樣品中特異性捕獲并富集目標病原體，隨后通過磁場分離實現(xiàn)純化，既提高了檢測靈敏度，又有效消除了基質(zhì)干擾。這種技術(shù)在乳制品中的大腸埃希氏菌O157：H7等高風險病原體的檢測中表現(xiàn)尤為出色，檢測效率和準確性顯著提高。此外，超敏化學發(fā)光免疫傳感系統(tǒng)的出現(xiàn)有效解決了高脂高蛋白食品的檢測難題，其將信號放大策略與高效發(fā)光底物相結(jié)合，使檢測靈敏度比傳統(tǒng)ELISA高出數(shù)十倍，且無須進行富集培養(yǎng)。該技術(shù)在復雜基質(zhì)檢測中的表現(xiàn)優(yōu)異，可為保障肉制品、乳制品等高風險食品安全提供可靠技術(shù)支撐，真正實現(xiàn)從“檢得出”到“檢得準”的質(zhì)的飛躍。

3.3簡便操作與自動化檢測

免疫傳感技術(shù)通過工藝創(chuàng)新和智能化設(shè)計，從根本上簡化了檢測流程。免疫層析標記一步法顛覆了傳統(tǒng)檢測多步驟操作模式，用戶只需將樣品添加至指定位置，系統(tǒng)即可自動完成后續(xù)反應(yīng)過程，大幅降低了操作門檻。這種設(shè)計理念使免疫檢測技術(shù)從專業(yè)實驗室走向現(xiàn)場實時檢測，實現(xiàn)了檢測技術(shù)的普惠化應(yīng)用。微流控免疫芯片技術(shù)將復雜的免疫分析步驟微型化、程序化，實現(xiàn)了“樣品進、結(jié)果出”的全自動化。樣品添加后，系統(tǒng)自動完成混合、孵育、洗滌等全部步驟，不僅簡化了操作流程，還提高了檢測準確性，有效消除了人為誤差因素，可保證結(jié)果的可靠性和一致性，特別適合大批量樣品篩查和常規(guī)監(jiān)測。

多功能手持式免疫檢測儀與智能終端的結(jié)合則進一步拓展了應(yīng)用場景。這類系統(tǒng)通過智能化設(shè)計，實現(xiàn)結(jié)果自動判讀、數(shù)據(jù)云端存儲與分析，部分產(chǎn)品甚至采用語音引導操作，極大降低了使用門檻。這種技術(shù)創(chuàng)新使免疫檢測不再依賴專業(yè)人員，適用于生產(chǎn)一線、市場監(jiān)管和餐飲企業(yè)等多樣化場景，有助于實現(xiàn)檢測技術(shù)由“專業(yè)工具”向“大眾工具”的轉(zhuǎn)變[5]

3.4 低成本與大規(guī)模應(yīng)用

免疫傳感技術(shù)通過材料創(chuàng)新與制造工藝優(yōu)化，有效降低了檢測成本。紙基免疫傳感器采用普通濾紙或色譜紙?zhí)娲鷤鹘y(tǒng)昂貴的硝酸纖維素膜，顯著降低了材料成本。干化學免疫檢測技術(shù)將所有試劑預(yù)裝并干燥保存，消除了試劑配制和冷鏈運輸需求，同時延長了產(chǎn)品保質(zhì)期，使其在資源有限地區(qū)仍能發(fā)揮作用。規(guī)?；a(chǎn)是降低單位成本的關(guān)鍵途徑。印刷電極技術(shù)通過絲網(wǎng)印刷或噴墨打印方式批量生產(chǎn)電化學免疫傳感器，使每個傳感器的成本降至可接受范圍。與傳統(tǒng)實驗室設(shè)備相比，這些一次性傳感器與便攜式檢測儀的配合使用大大降低了投入成本，且占用空間小、維護簡便，有利于中小企業(yè)和基層監(jiān)管機構(gòu)開展常規(guī)檢測工作。

多靶標同時檢測技術(shù)通過整合多個檢測通道于單一芯片，實現(xiàn)“一次檢測、多重結(jié)果”的高效模式，進一步降低了單位檢測成本。這種技術(shù)特別適合食品企業(yè)的質(zhì)量控制和市場監(jiān)管部門的批量抽檢。隨著制造工藝不斷進步和規(guī)?；a(chǎn)持續(xù)推進，免疫傳感技術(shù)的成本優(yōu)勢將更加明顯，有望成為各國，特別是發(fā)展中國家食品安全保障體系的基礎(chǔ)技術(shù)支撐

4結(jié)語

免疫傳感技術(shù)克服了傳統(tǒng)檢測的局限，在食源性病原體快速檢測中展現(xiàn)出較大的技術(shù)優(yōu)勢。目前，免疫傳感技術(shù)雖然已取得顯著進展，但仍需關(guān)注其在特異性、穩(wěn)定性和標準化方面的挑戰(zhàn)。隨著納米材料、微流控和人工智能的發(fā)展，該技術(shù)將向著更高靈敏度、更強抗干擾和更低成本方向發(fā)展，有望成為食品安全領(lǐng)域的主導技術(shù)，助力構(gòu)建完善的食品安全保障體系。

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