利用丝素蛋白作为天然蚀刻掩模的机器学习辅助高性能免疫SERS平台，用于阿尔茨海默病的早期诊断

《Biosensors and Bioelectronics》：Machine learning-assisted high-performance immunoSERS platform using silk fibroin as a natural etching mask for early diagnosis of Alzheimer’s disease

　　沙门氏菌快速检测微流控芯片整合磁链富集、纳米酶显色与智能手机读出，实现30分钟内6.3×101至6.3×10? CFU/mL宽线性范围检测，突破传统方法时效限制。

　　这项研究提出了一种便携式、低成本的生物传感器，旨在实现对沙门氏菌的快速和高灵敏度检测。沙门氏菌是一种重要的食源性病原体，对公共健康和食品安全构成严重威胁。目前，传统的检测方法如培养皿检测需要2至4天才能得出结果，这在食品安全监测中显得效率低下。而酶联免疫吸附测定（ELISA）和聚合酶链式反应（PCR）虽然能够缩短检测时间，但往往需要复杂的设备和操作流程，限制了其在现场快速检测（POCT）中的应用。因此，开发一种能够实现高效、快速、简便检测的便携式平台成为当务之急。

为了满足这一需求，研究人员设计了一种集成了磁链辅助富集、纳米酶催化比色检测和智能手机读取功能的微型流体生物传感器。这种生物传感器通过手指操作实现整个检测流程，具备高度的可携带性和实用性。其核心设计包括三个创新点：磁链驱动的混合机制、手指驱动的气动路由系统以及智能手机兼容的纳米酶比色检测技术。

首先，磁链辅助富集技术利用了磁性纳米珠在均匀磁场中的自组装特性，形成有序的磁链结构。这些磁链结构能够在微流体环境中保持稳定，为细菌的捕获提供高表面积的探针。与传统的磁性纳米珠相比，磁链结构能够更有效地进行混合，提高探针与目标细菌的碰撞频率，从而克服扩散限制，实现更高的捕获效率。这一技术的引入，使得生物传感器在实际应用中能够快速、准确地富集低浓度的沙门氏菌。

其次，手指驱动的气动路由系统通过手动按压实现微流体芯片的流体控制。该系统利用弹性元件，如PDMS膜或气动腔体，通过手动操作来推动液体在微流道中流动，无需外部泵或复杂的控制设备。这种设计不仅降低了设备成本，还提高了操作的简便性，使得生物传感器能够在现场快速使用。通过这种方式，研究人员能够在单个手持PDMS芯片上完成所有检测步骤，包括富集、清洗和反应，从而实现完整的检测流程。

最后，纳米酶催化比色检测技术使用了Au@Pt核壳纳米颗粒作为催化材料。这些纳米颗粒具有类似过氧化物酶的催化活性，同时在常温常压下表现出更高的稳定性和耐久性。相比传统的酶类检测，纳米酶检测技术避免了冷链运输和储存的需求，使得生物传感器在实际应用中更加便捷。通过这种方式，生物传感器能够在短时间内产生稳定的比色信号，并且这些信号可以通过智能手机进行图像采集和定量分析，实现了无需复杂仪器的检测方式。

该生物传感器在实际应用中表现出优异的性能。测试结果显示，其检测范围广，能够覆盖6.3×10^1至6.3×10^6 CFU/mL的沙门氏菌浓度，检测限低至32 CFU/mL，且检测时间仅需30分钟。在加入鸡样品的实验中，该传感器在复杂的食品基质中也表现出高准确性和可重复性。这些结果表明，该生物传感器在实际应用中具有较高的可行性，能够有效用于食品安全监测。

此外，该研究还探讨了生物传感器的结构设计和操作流程。整个系统由一个便携式微型流体芯片、一个直流电机驱动的旋转底座和一个磁场模块组成。在混合阶段，磁链结构在均匀磁场的作用下保持稳定，与旋转的样本流体相互作用，从而实现高效的混合。在清洗和反应阶段，通过手动操作，气动路由系统能够依次完成这些步骤，无需外部泵或控制器。在检测阶段，比色信号通过智能手机进行采集和分析，实现了快速、简便的检测方式。

通过这些创新设计，该生物传感器不仅在技术上具有突破，而且在实际应用中也表现出良好的适应性。它能够有效应对食品安全监测中的各种挑战，如复杂的样本基质、快速的检测需求以及便携性要求。该生物传感器的开发，为资源有限地区的食品安全监测提供了一种新的解决方案，具有重要的应用价值。

该研究的成果还表明，未来的食品安全检测技术需要更加注重集成化和便携性。通过将多种功能集成到一个小型芯片中，研究人员能够实现高效的样本处理和信号检测，从而提高检测的准确性和效率。这种设计思路不仅适用于沙门氏菌的检测，也可以推广到其他食源性病原体的检测中，为食品安全监测提供更加广泛的应用前景。

此外，该研究还强调了跨学科合作的重要性。生物传感器的开发涉及材料科学、微流体工程、纳米技术以及信息技术等多个领域。通过这些领域的协同创新，研究人员能够设计出更加高效、稳定的生物传感器。这种跨学科的合作模式，不仅能够推动技术的进步，也能够促进研究成果的转化和应用。

总的来说，这项研究提出了一种创新的便携式生物传感器，能够实现对沙门氏菌的快速、高灵敏度检测。该传感器的结构设计和操作流程充分考虑了实际应用中的各种需求，包括样本处理、信号检测和数据分析。通过将磁链辅助富集、手指驱动的气动路由和纳米酶比色检测技术相结合，研究人员成功开发出一种适用于现场快速检测的生物传感器，为食品安全监测提供了一种新的解决方案。这种技术的推广和应用，将有助于提高食品安全监测的效率和准确性，为公共健康和食品安全提供更加有力的保障。