背景介绍
金黄色葡萄球菌是全球食源性疾病的主要原因之一，也是奶牛乳腺炎的最主要致病菌之一，对动物健康和食品质量安全构成重大风险。近日，湖北大学李金华教授团队联合、中国农业科学院上海兽医研究所蒋蔚研究员和交通大学唐伟副研究员，采用晶体管生物传感器在便携式系统中实现了对金黄色葡萄球菌基因组的免扩增、免标记的快速检测策略。相关成果发表在《Chemical Engineering Journal》。DOI: 10.1016/j.cej.2024.153329）。
研究的主要内容介绍
金黄色葡萄球菌是全球食源性疾病的主要原因之一，对食品质量和安全构成重大风险。然而，传统的检测方法通常需要复杂的扩增和标记程序，费时且费用高昂。本研究开发了一种新型的电化学生物传感器，利用特异性单链DNA (ssDNA)修饰金(Au)传感栅极，结合液栅石墨烯晶体管(SGGT)，实现了对金黄色葡萄球菌的无扩增和无标记的快速检测。优化的ssDNA被设计用于与目标金黄色葡萄球菌DNA序列杂交。通过界面工程提高了传感栅极的杂交效率。该传感器能够灵敏且定量地检测金黄色葡萄球菌DNA，表现出良好的特异性，能够区分金黄色葡萄球菌DNA和其他常见致病菌的非互补或3/9碱基错配的DNA序列。此外，新开发的生物传感器还能够在溶液中快速检测提取的目标DNA序列(在27分钟内)，并且在较宽的线性检测范围(10-17 M ~ 10-8M)内的检测下限(LoD)为10-17 M。此外，该生物传感器能够实现在便携式智能传感系统中实时和现场检测金黄色葡萄球菌基因组(ATCC 6538)。
图1 (a)金黄色葡萄球菌传感器检测流程图；(b)探针修饰过程；(c)传感机制。（来源：Chem. Eng. J.）
图2 (a)不同目标物浓度的晶体管传输曲线；(b)电流响应与浓度关系；(c)响应时间测试；(c)不同目标物浓度下的电流时间关系。（来源：Chem. Eng. J.）
图3 器件对目标物的选择性。（来源：Chem. Eng. J.）
小结
论文通过对传感器进行合适的功能化和界面工程，利用低成本且高灵敏度的SGGT DNA生物传感器，开发了一种快速、无标记和无扩增的食源性疾病检测方法，具有广阔的应用前景。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724048174
Amplification-free and label-free rapid detection of Staphylococcus aureus using solution-gated graphene transistor-based DNA biosensor with hybridization enhancement by interface engineering
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