免疫傳感技術在食源性病原體快速檢測中的應用

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鍵環節。隨著社會的發展，傳統的食源性病原體檢測方法已難以滿足現代監管需求，特別是在應急響應方面。免疫傳感技術結合免疫學識別與傳感器優勢，克服了傳統檢測方法的不足，可實現快速、靈敏、便捷檢測，在食品安全領域展現出巨大的潛力[]。本文分析傳統檢測方法的局限性，探討免疫傳感技術的應用現狀，以期為推動其在食品安全領域的應用提供參考。

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生構成了嚴重威脅。

食源性病原體的危害主要體現在3個層面： ① 它們直接危害人體健康，可引發從輕微胃腸炎到嚴重神經系統損傷甚至死亡等不同程度的疾病； ② 食源性疾病所引發的醫療費用、勞動力損失以及食品召回等情況，共同構成了重大的經濟負擔； ③ 病原體污染嚴重影響食品貿易和品牌聲譽，導致長期市場損失。隨著全球食品貿易日益頻繁和食品加工技術的發展，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傳統方法在食源性病原體快速檢測中的局限性

2.1傳統培養法

傳統培養法作為食源性病原體檢測的經典方法，其基于微生物在特定培養基上生長繁殖并形成可見菌落的原理實現對目標物質的檢測。該方法通常包括預富集、選擇性富集、選擇性平板分離和生化鑒定等連續步驟。雖然傳統培養法具有成本相對較低、可信度高的優勢，但其局限性十分明顯： ① 檢測周期冗長，通常需要數天時間才能得出結論，無法滿足快速檢測需求； ② 操作流程復雜，需要專業實驗室環境和技術人員支持； ③ 難以檢測處于應激狀態的“可培養但不能生長”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 對某些特殊營養需求或生長緩慢的病原體檢測效果不佳，影響檢測結果的準確性。

2.2 傳統分子生物學方法

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

2.3傳統免疫學方法

傳統免疫學方法如酶聯免疫吸附測定法（Enzyme-LinkedImmunosorbentAssay，ELISA）基于抗原與抗體的特異性結合，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； ③ 操作步驟煩瑣，涉及包被、封閉、樣品加入、多次洗滌等多個環節，操作復雜； ④ 在復雜食品基質中易受干擾，產生假陽性或假陰性結果； ⑤ 多為實驗室集中式檢測，檢測設備體積較大，難以支持現場快速檢測。這些局限使傳統免疫學方法難以滿足現代食品安全快速檢測的實際需求。

3免疫傳感技術在食源性病原體快速檢測中的應用優勢

免疫傳感技術是結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合，通過信號轉導將生物識別過程轉化為可測量的信號[3]。根據其信號轉導方式可分為多種類型，如側向流動免疫層析技術（色標可視化）、電化學免疫傳感技術（電流/電位/電阻變化）、納米增強免疫傳感技術（納米材料信號放大）等。這些技術針對不同檢測需求，在實際應用中各有優勢，共同構成了食源性病原體快速檢測的技術體系。

3.1快速篩查與現場檢測

免疫傳感技術結合了免疫學特異性識別與先進傳感器信號轉導優勢，有效解決了傳統方法檢測周期長和現場應用困難的問題。側向流動免疫層析技術（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果，相關人員無須經過專業培訓即可操作。這種技術特別適合在生產現場、流通環節和市場監管中應用，可實現對食源性病原體的即時篩查。

便攜式電化學免疫傳感系統在食品生產環節將抗原抗體特異性結合與電化學信號放大結合，能在原料驗收階段快速篩查沙門氏菌等重要病原體，大幅提高生產安全保障能力[4。該技術與物聯網技術濫用，還可實現對生產設備表面的持續監測，形成生產全過程安全防護網絡，有效預防交叉污染。在市場監管環節，執法人員可攜帶便攜式免疫檢測設備直接在農貿市場、商超進行現場檢測，實現對高風險食品的快速篩查，顯著提升監管效率、擴大覆蓋范圍。這種技術優勢可進一步擴展至餐飲服務和家庭消費領域，各類簡易免疫檢測產品可使終端消費者也能參與食品安全監管中，有利于構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

免疫傳感技術通過多種創新策略有效解決了傳統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，實現對痕量病原體的準確檢測；金納米顆粒修飾電極則通過優化界面結構，大幅提高電子轉移效率，使季斯特菌等重要病原體的檢測限降至傳統方法無法檢測的水平。

復雜食品基質干擾一直是檢測難題，而磁性納來顆粒輔助免疫分離技術為該問題提供了有效的解決方案。抗體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純化，既提高了檢測靈敏度，又有效消除了基質干擾。這種技術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尤為出色，檢測效率和準確性顯著提高。此外，超敏化學發光免疫傳感系統的出現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光底物相結合，使檢測靈敏度比傳統ELISA高出數十倍，且無須進行富集培養。該技術在復雜基質檢測中的表現優異，可為保障肉制品、乳制品等高風險食品安全提供可靠技術支撐，真正實現從“檢得出”到“檢得準”的質的飛躍。

3.3簡便操作與自動化檢測

免疫傳感技術通過工藝創新和智能化設計，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，系統即可自動完成后續反應過程，大幅降低了操作門檻。這種設計理念使免疫檢測技術從專業實驗室走向現場實時檢測，實現了檢測技術的普惠化應用。微流控免疫芯片技術將復雜的免疫分析步驟微型化、程序化，實現了“樣品進、結果出”的全自動化。樣品添加后，系統自動完成混合、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，可保證結果的可靠性和一致性，特別適合大批量樣品篩查和常規監測。

多功能手持式免疫檢測儀與智能終端的結合則進一步拓展了應用場景。這類系統通過智能化設計，實現結果自動判讀、數據云端存儲與分析，部分產品甚至采用語音引導操作，極大降低了使用門檻。這種技術創新使免疫檢測不再依賴專業人員，適用于生產一線、市場監管和餐飲企業等多樣化場景，有助于實現檢測技術由“專業工具”向“大眾工具”的轉變[5]

3.4 低成本與大規模應用

免疫傳感技術通過材料創新與制造工藝優化，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替代傳統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將所有試劑預裝并干燥保存，消除了試劑配制和冷鏈運輸需求，同時延長了產品保質期，使其在資源有限地區仍能發揮作用。規模化生產是降低單位成本的關鍵途徑。印刷電極技術通過絲網印刷或噴墨打印方式批量生產電化學免疫傳感器，使每個傳感器的成本降至可接受范圍。與傳統實驗室設備相比，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，有利于中小企業和基層監管機構開展常規檢測工作。

多靶標同時檢測技術通過整合多個檢測通道于單一芯片，實現“一次檢測、多重結果”的高效模式，進一步降低了單位檢測成本。這種技術特別適合食品企業的質量控制和市場監管部門的批量抽檢。隨著制造工藝不斷進步和規模化生產持續推進，免疫傳感技術的成本優勢將更加明顯，有望成為各國，特別是發展中國家食品安全保障體系的基礎技術支撐

4結語

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

參考文獻

[1]張明昊，李利，高夢祥，等.電化學發光免疫傳感器及其在食品安全檢測中的應用[J上海農業學報，2024，40（4）：117-126.

[2]張媛媛，王瑞鑫，李秋薇，等.基于多壁碳納米管免疫傳感器法快速測定食品中的萊克多巴胺[J食品科學，2016，37（8）：170-175.

[3]宋心怡，王鑫，趙曉磊，等.基于絲網印刷電極和重氮官能化的赭曲霉素A電化學免疫傳感檢測方法的建立與應用[J].食品研究與開發，2024，45（17）：149-158.

[4]焦文輝，馬睿.基于納米技術的電化學傳感器用于監測運動營養食品中抗氧化劑的研究[J]中國食品，2024（20）：89-91.

[5]閆蓉蓉，李書國.免疫傳感器在快速檢測食物過敏原的應用研究[J].糧食與油脂，2023，36（3）：9-12.