竇磊娜，王戰(zhàn)輝，余文博，沈建忠

（中國農業(yè)大學動物醫(yī)學院，動物源食品安全檢測技術北京市重點實驗室，國家獸藥安全評價中心，北京 100193）

食品是人類賴以生存和發(fā)展的必需品，食品安全與人類健康和經濟發(fā)展密切相關。近年來，食源性致病菌已成為食品安全事件暴發(fā)的主要誘因，導致食品安全事件層出不窮。大腸桿菌O157:H7、金黃色葡萄球菌、腸炎沙門氏菌、單核細胞增生李斯特菌、空腸彎曲菌、蠟狀芽孢桿菌等引起的感染是許多嚴重疾病（如肺炎、敗血癥、化膿性關節(jié)炎、皮膚病和炎癥性腸?。┑淖钪饕T因，且發(fā)病率和死亡率極高。據(jù)統(tǒng)計，全球每年15億腹瀉病例中70%是由于患者食用受食源性致病菌污染的食品引起的。在美國，由食源性致病菌感染引起的疾病每年約有7 600萬 例，導致約325 000 例住院治療，5 000余例死亡，總醫(yī)療費用達到371億 美元。我國僅2021年5月就發(fā)生食物中毒事件28 起，累計病患963 例，其中，微生物性食物中毒事件9 起，中毒患者593 例，分別占32.14%和61.58%，這對于患者、家庭和社會而言都是沉重的負擔。

鑒于食源性致病菌對食品安全和人類健康構成的重大威脅，對其進行有效的鑒定和檢測是當前的研究熱點。平板法是食源性致病菌鑒定和檢測的標準方法，具有準確性高的特點，然而該方法耗時較長，通常需要3～5 d才能確定病原微生物，已不能滿足當前日益增長的對食源性致病菌快速鑒定和檢測的需求。因此，近年來，眾多研究者開發(fā)了大量具有獨特化學和物理特性的材料構建新型食源性致病菌傳感器，其中量子產率高、光學穩(wěn)定性強和靈敏度高的熒光材料受到了廣泛關注。但是常規(guī)的熒光團（如小分子熒光染料、熒光微球、量子點等）存在聚集導致淬滅（aggregate caused quenching，ACQ）效應，極大地限制了其在生物分析中的標記數(shù)量，導致生物檢測的信號低、靈敏度差以及易于發(fā)生光漂白。針對上述問題，唐本忠院士課題組于2001年發(fā)現(xiàn)的一類新型熒光材料——聚集誘導發(fā)光（aggregate induced emission，AIE）材料有效地克服了這個問題，為熒光傳感器的構建提供了理想探針材料。AIE熒光團（AIEgens）通常具有“螺旋槳狀”結構，由于分子內運動的限制，它在稀溶液中無熒光，但在固態(tài)或聚集狀態(tài)下卻具有高強度熒光，可以在生物檢測中提供更低的背景和更可靠的信號。同時，AIE探針的應用無需洗滌步驟，可節(jié)省操作時間及減少檢測樣品的損失。自AIE概念提出以來，其在致病菌鑒定和檢測領域得到了極大關注。眾多研究者利用AIE材料核心結構結合不同的配體基團，設計了高性能的AIEgens對致病菌進行了高效鑒定和檢測。本文從AIEgens在食源性致病菌鑒定和檢測的應用出發(fā)，對AIEgens進行結構分析與機理功能總結，并指出該領域未來可能的研究趨勢。

1 AIEgens在食源性致病菌鑒定中的應用

1.1 AIEgens在食源性致病菌分型中的應用

基于細菌細胞壁的化學結構以及組成的不同，革蘭氏染色法可將細菌分為G和G菌。而對G和G菌進行更快速的區(qū)分可為后續(xù)細菌種類的進一步鑒定提供基礎，縮小鑒定范圍。重要的是，由于G和G菌的致病機制（G菌：產生外毒素，G菌：產生內毒素）完全不同，而且廣譜或窄譜抗生素在治療G和G菌感染的效果上存在差異，對G和G菌進行準確快速的區(qū)分可為后續(xù)治療藥物的選擇提供指導。

Hu Rong等利用G和G菌在肽聚糖組成上的不同設計了具有AIE性質的探針，對G菌和G菌進行鑒定。該探針將具有AIE活性且可以選擇性和穩(wěn)定結合脂滴的2-{[(二苯基亞甲基)肼基]甲基}苯酚（2-{[(diphenylmethylene)hydrazono]methyl}phenol，DPAS）衍生物與嗎啉和萘基單元相結合，形成2-{[(二苯基亞甲基)肼基]甲基}萘（2-{[(diphenylmethylene)hydrazono]methyl}naphthalene，M1-DPAN）（圖1A）。所合成的M1-DPAN與G菌結合時顯示強烈的熒光，且信號可持續(xù)24 h。隨后通過實驗探究該AIEgen與細菌的相互作用過程時發(fā)現(xiàn)，M1-DPAN分子的嗎啉基團可通過較強的疏水作用與G菌細胞壁上的脂磷壁酸結合，而微生物自身的電荷特性在探針識別過程中影響不大。因此，使用M1-DPAN進行G菌的選擇性鑒定時，細胞壁的特定成分和結構都起著重要的作用。Feng Guangxue等設計了一種以四苯乙烯（tetraphenylethylene，TPE）為核心結構，萬古霉素（vancomycin，Van）為配體（圖1B）且具有良好水溶性的AIEgen（AIE-2Van）。該探針的細菌分型機制主要是Van分子對G菌細胞壁上肽聚糖的特有序列具有特異性結合能力。此外由于其AIE特性，AIE-2Van與G菌特異性結合后顯示出強烈的熒光，可直接進行G菌的肉眼可視化識別。Jiang Guoyu等以TPE為核心結構，設計并合成了帶有正電荷吡啶鎓側基的AIE探針TPEPyE（圖1C）。帶正電的TPEPyE可以通過靜電相互作用有效且特異性地與細菌表面帶負電的脂多糖結合并發(fā)生AIE效應。此外，脂多糖烷基鏈與TPEPyE之間的疏水作用也可能對其高特異性起到一定的作用。利用這一特性，該探針可以用于區(qū)分G（金黃色葡萄球菌，無熒光信號）和G菌（大腸桿菌，黃綠色熒光信號）。綜上所述，在使用AIEgens對細菌進行分型的研究中，研究者主要利用G和G菌細胞壁結構和組成的差異，有針對性地在AIEgens的核心結構上設計了不同的配體基團，從而讓AIEgens可以特異性的結合G或G菌表面的關鍵生物分子，進而達到對G菌與G菌分型的目的。

圖1 用于食源性致病菌分型的M1-DPAN（A）、AIE-2Van（B）及TPEPyE（C）結構[28-30]Fig. 1 Structures of M1-DPAN (A), AIE-2Van (B) and TPEPyE (C) used for typing of food-borne pathogens[28-30]

1.2 AIEgens在食源性致病菌種類鑒定中的應用

不同種類的致病菌在細菌結構、生物學特性以及感染后的臨床癥狀等方面具有明顯差異，因此，對致病菌進行種類鑒定可精確判斷污染的致病菌種類，對監(jiān)測食品以及環(huán)境污染狀況起到至關重要的作用。更重要的是，在臨床診斷中可為后續(xù)針對性的抗生素使用提供指導，對于個體感染患者的治療意義重大。

Zhou Chengcheng等開發(fā)了一種基于TPE衍生物的傳感器陣列，用于食源性致病菌的種類區(qū)分。每個傳感器陣列均由含有3 個陽離子銨基和不同疏水取代基的AIEgens組成（共合成7 個AIEgens，統(tǒng)稱為TPE-ARs，R代表不同的取代基），結構如圖2A所示。這種結構改造可靈活地調節(jié)lg（正辛醇/水分配系數(shù)）值，從而實現(xiàn)與不同食源性致病菌之間的靜電和疏水相互作用。7 個TPE-ARs可分為3 組，分別對G菌、G菌及真菌有不同的熒光響應。借助線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）可實現(xiàn)對7 種病原菌的有效種類鑒定，甚至可以區(qū)分正常菌和耐藥菌，準確率接近100%。Chen Wenwen等提出了一種可快速有效地區(qū)分8 種致病菌（包含2 種耐藥菌）的方法，該方法利用5 種AIEgens組成陣列，并結合統(tǒng)計分析來進行致病菌種類區(qū)分。5 種探針A1～A5均以TPE為核心結構，通過連接不同的基團使探針具有不同的電荷與疏水特征（圖2B）。不同細菌的表面結構決定了其與探針相互作用時的差異，因此可利用上述特性進行細菌種類的區(qū)分。通過流式細胞儀記錄熒光強度數(shù)據(jù)并采用主成分分析（principal component analysis，PCA）和二次判別分析（quadratic discriminant analysis，QDA）進行統(tǒng)計。此外，由于細菌表面帶負電，帶正電的AIEgens和細菌有更強的結合特性。通過PCA模型對探針進行篩選后，僅使用3 種甚至2 種帶正電AIEgens即可實現(xiàn)8 種致病菌的有效鑒定。Liu Guangjian等以TPE為核心結構，利用醛基、羧基和季銨鹽基團進行功能化設計，共合成了6 種AIEgens（分別為TPEMA和TPEDA、TPEMC和TPEDC、TPEMN和TPEDN），結構如圖2C所示。通過與8 種代表性細菌（包括單核細胞增生李斯特菌、霍亂弧菌和肺炎克雷伯菌等）一起進行孵育，同時采用LDA分析方式，可實現(xiàn)致病菌的有效鑒定。之后通過比較細菌孵育前后AIE熒光強度的變化，探討了上述AIEgens對細菌鑒定的傳感機制。結果表明靜電與疏水相互作用在AIE材料和細菌之間的結合占主導，不同細菌表面的組成成分影響了其電荷與親/疏水特征，進而導致AIE熒光強度在不同細菌間的差異。Shen Jianlei等從分析微生物裂解物的角度出發(fā)，首先從前期已報到的AIEgens文庫中篩選出可與微生物裂解物相互作用并發(fā)生AIE效應的7 種AIEgens（圖2D），其中探針A1帶負電，探針A2～A4、A6和A7帶正電，探針A5為中性。隨后在微生物裂解物與AIEgens的反應體系中引入氧化石墨烯（graphene oxide，GO），一方面與AIEgens共同競爭性結合生物裂解物，使AIEgens的熒光恢復；另一方面還可以清除反應體系中常見的蛋白質與核酸，從而降低基質影響。因此，將AIEgens與GO混合后加入微生物裂解物，同時結合PCA分析模型，可以對6 種微生物（大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、釀酒酵母菌、枯草芽孢桿菌和綠膿桿菌）進行精確的區(qū)分。

在將AIEgens用于細菌種類區(qū)分時，研究人員均合成了多種熒光發(fā)射波段不同的AIEgens作為光學信號檢測源；利用所合成AIEgens的電荷特性對細菌進行標記（主要利用了靜電和疏水相互作用）；同時結合統(tǒng)計學分析方法，如LDA、PCA和QDA等對熒光強度、波長等參數(shù)進行了比較分析，最終實現(xiàn)了對不同種類細菌的有效區(qū)分。

圖2 不同研究中用于食源性致病菌種類區(qū)分的AIEgens結構Fig. 2 Structures of AIEgens used for species identification of food-borne pathogens in different study

1.3 AIEgens在食源性致病菌活性鑒定中的應用

利用正常以及失活的細菌在形態(tài)、細胞完整性以及分泌物等方面的差異，可對食源性致病菌的活性進行鑒定?？焖倬_地鑒定細菌活性可為評估飲用水和食品質量、確定消毒及殺菌方法是否有效以及探索新的殺菌劑和開發(fā)新的抗菌材料提供關鍵信息。

Zhao Engui等以TPE為核心結構，結合硼酸（boric acid，BA）分子構建了一種AIEgens，命名為TPE-2BA（圖3A）。該探針的細胞毒性低、熒光穩(wěn)定性強，可用作細菌長期生存力測定。通過實驗結果可知TPE-2BA是一種DNA染料，DNA雙螺旋形成的凹槽結構起到了結合TPE-2BA的關鍵作用。因此，當細菌失活后，表面膜結構受損，從而打開了TPE-2BA到達雙鏈DNA的通道，致使發(fā)生AIE效應。該AIEgens對細菌活性鑒定的機理可能與商業(yè)化染料Hoechst 33342類似。在此基礎上，該課題組結合TPE-2BA和另一種AIEgens，命名為DCQA（圖3B），形成雙AIEgen體系對活細菌進行定量。該DCQA探針可通過靜電作用與活細菌或者失活細菌結合。使用上述兩種染料對細菌進行共染色。所有細菌均可以與DCQA結合發(fā)出紅色熒光，而只有細菌失活時可與TPE-2BA結合發(fā)出藍色熒光，之后利用酶標儀測定不同激發(fā)波長下的熒光強度或者利用共聚焦顯微鏡進行成像可以對細菌活力以及活細菌所占細菌總量的比例進行定量。上述研究均利用了失活細菌釋放核酸類物質的特性，設計了AIEgens對核酸進行特異性結合，從而達到食源性致病菌活性鑒定的目的。表1從探針結構和鑒定機理兩方面對AIEgens在食源性致病菌分型、種類鑒定及活性鑒定中的應用進行了總結。

圖3 用于食源性致病菌活性鑒定的TPE-2BA（A）及DCQA（B）結構[35-36]Fig. 3 Structures of TPE-2BA (A) and DCQA (B) used for viability identification of food-borne pathogens[35-36]

表1 AIE材料在食源性致病菌分型、種類鑒定及活性鑒定中的應用Table 1 Application of AIEgens in typing, species and viability identification of food-borne pathogens

2 AIEgens在食源性致病菌檢測中的應用

2.1 AIEgens在單種食源性致病菌檢測中的應用

2.1.1 致病性大腸桿菌

致病性大腸桿菌能夠引起人體胃腸道、尿道以及敗血型感染等疾病。腸出血性大腸桿菌O157:H7是大腸桿菌中致病性極強的血清型，其感染劑量極低，可引起急性劇烈腹痛和水樣腹瀉，數(shù)天后出現(xiàn)出血性腹瀉，嚴重時可導致死亡。生的或未熟制的肉制品和乳制品是致病性大腸桿菌污染風險最高的食物。另外，食用受污染的水以及食物加工過程中的交叉污染，也是導致感染的重要原因。大腸桿菌O157:H7因污染食物（如菠菜、黃瓜等）在全球已經引發(fā)了多次大規(guī)模的食源性疾病感染，導致大量患者死亡。因此，致病性大腸桿菌的快速檢測對保障食品安全以及人民身體健康具有重要意義。

Ajish等研究了葡萄糖基單丙烯酰胺（glucose based acrylamides，Glc-acryl）和雙丙烯酰胺（glucose based bisacrylamide，Glc-bis）（圖4A）的AIE性質，并將其作為AIEgens進行了細菌檢測應用，該探針可與細菌凝集素以及菌毛中的FimH蛋白結合，因此，與大腸桿菌一起孵育時熒光強度與大腸桿菌濃度成正相關，使用該AIEgen對大腸桿菌的檢測線性范圍為1.00×10～1.70×10cell/mL，檢測限（limit of detection，LOD）為7.30×10cell/mL。Li Yamin等設計了一種基于兩親性星形共聚物的AIEgen，命名為TPE-star-P，該探針以TPE為核心結構，以兩親/陽離子為配體，通過非共價作用力結合，該AIEgen與帶負電荷的細菌表面接觸后，靜電復合物的形成將限制TPE核心的分子內旋轉，從而導致協(xié)同熒光的“Turn-On”。利用此現(xiàn)象對大腸桿菌進行檢測，探針在475 nm波長處的熒光強度與0～4.5×10CFU/mL范圍內的大腸桿菌濃度呈線性關系，LOD約8.5×10CFU/mL。Zhao Long等結合電紡絲纖維的高接枝能力和高孔隙度結構，在聚苯乙烯-馬來酸酐（polystyrene-co-maleic anhydride，PSMA）靜電紡絲上連接以TPE為核心結構、三聚氯氰為配體的TPE-三聚氯氰（TPE-cyanuric chloride，TPEC）（圖4B）和甘露糖。靜電紡絲上的甘露糖含有大量羥基，可與大腸桿菌菌毛中的FimH蛋白特異性結合導致TPEC熒光“Turn-On”，從而使材料的熒光強度隨大腸桿菌濃度的增大而升高。使用該AIEgen對大腸桿菌的檢測范圍為10～10CFU/mL。Zhao Jianliang等首先合成了具有AIE效應的超支化聚酰胺（hyperbranched polyamide amine，H-PAMAM），然后，通過在H-PAMAM的外圍開環(huán)聚合-氨基酸-羧基酐制備了納米工程肽接枝超支化聚合物（nanoengineered peptide-grafted hyperbranched polymers，NPGHPs）。利用熒光光譜探究NPGHPs與細菌之間的相互作用機理，結果表明AIEgen與細胞膜之間的靜電相互作用導致其在細胞膜表面快速聚集，熒光強度升高。隨后大量的NPGHPs滲透細胞膜進入細胞內部，造成該材料在細胞有限空間內的大量聚集，使得熒光強度急劇增加。之后，隨著細胞的破裂，熒光強度上升速度變慢。基于上述原理對大腸桿菌進行檢測，結果表明在大腸桿菌濃度為1×10～1×10CFU/mL時，NPGHPs的熒光強度與大腸桿菌濃度成正比，LOD為1×10CFU/mL。Zhang Ganggang等將已報道的AIEgen（TCBPE）（圖4C）與聚甲基丙烯酸甲酯/聚馬來酸酐十八醇酯通過“一鍋法”合成AIE熒光微球，隨后在其表面偶聯(lián)抗大腸桿菌O157:H7的單克隆抗體作為特異性識別分子，構建夾心模式的側流免疫層析檢測體系。熒光強度與分析物的濃度成正比，配合熒光讀條儀可對大腸桿菌O157:H7進行定量檢測，結果顯示該方法對大腸桿菌O157:H7檢測的LOD為3.98×10CFU/mL，該AIE熒光微球的檢測靈敏度比基于兩種商業(yè)化的熒光微球Ocean和Merk的層析方法分別高11 倍和7 倍。

圖4 用于檢測大腸桿菌的Glc-acryl（A1）和Glc-bis（A2）、TPEC（B）以及TCBPE（C）結構[40-41,44]Fig. 4 Structures of Glc-acryl (A1) and Glc-bis (A2), TPEC (B) and TCBPE (C) used for detecting E. coli[40-41,44]

2.1.2 金黃色葡萄球菌

金黃色葡萄球菌（）是一種常見的食源性致病菌，常寄生于人和動物的皮膚、鼻腔、咽喉、腸胃和化膿瘡口中，也廣泛存在于空氣、污水等自然環(huán)境中。另外，金黃色葡萄球菌對高溫及高鹽有一定的耐受能力，在80 ℃以上的高溫環(huán)境下30 min才可以將其徹底殺死，最高可以耐受質量分數(shù)15%的氯化鈉溶液。金黃色葡萄球菌本身不會對人體健康產生危害，但它在繁殖過程中產生的腸毒素卻是引發(fā)食物中毒的主要致病因子。在蛋白質含量豐富、水分含量高、油脂較多同時含一定量淀粉的食物中易產生腸毒素，如乳品、蛋及其制品、肉制品等。一般情況下，人體攝入腸毒素污染的食物2～6 h后，會出現(xiàn)惡心、嘔吐和腹瀉、腹痛、絞痛等急性胃腸炎癥狀。近年來金黃色葡萄球菌中毒的報道層出不窮，有數(shù)據(jù)表明，2003—2015年全國共報告1 050 起學校食源性疾病暴發(fā)事件，累計發(fā)病37 281 人次，其中由金黃色葡萄球菌感染所致的發(fā)病人數(shù)占20.93%。因此，需要對金黃色葡萄球菌進行快速準確的檢測。

Naik等以TPE為核心結構，采用磺酸鹽進行功能化合成了兩種AIEgens，TPE-單磺酸鹽和TPE-雙磺酸鹽（圖5）用于金黃色葡萄球菌的檢測。兩個探針均帶負電，可與G菌外細胞壁中脂磷壁酸的氨基之間產生靜電相互作用，兩者相互結合后發(fā)生AIE效應。實驗中發(fā)現(xiàn)，TPE-雙磺酸鹽與TPE-單磺酸鹽相比具有更好的水溶性和更高的靈敏度。在金黃色葡萄球菌的檢測中，隨著細菌濃度的增加TPE-雙磺酸鹽的熒光強度逐漸增加。該探針對金黃色葡萄球菌的檢測范圍為1.19×10～12.00×10CFU/mL，LOD約為1.19×10CFU/mL。該檢測策略可應用于真實食品樣品的檢測，在金黃色葡萄球菌污染的蘋果汁中其熒光信噪比仍然較高。

圖5 用于檢測金黃色葡萄球菌的TPE-單磺酸鹽（A）和TPE-雙磺酸鹽（B）結構[48]Fig. 5 Structures of TPE-mono-sulfonate (A) and TPE-di-sulfonate (B)used for detecting S. aureus[48]

在金黃色葡萄球菌中，感染性最強的是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant，MRSA），俗稱“超級細菌”，是臨床上常見的毒性較強的細菌，從發(fā)現(xiàn)至今MRSA感染幾乎遍及全球，已成為社區(qū)感染的主要病原菌之一。由于其對許多抗生素有多重耐藥性，對其感染的治療是臨床上十分棘手的難題之一。因此，對MRSA的快速檢測和控制尤其重要。

Gupta等設計了一類水溶性強且?guī)в薪饘倥浠ōh(huán)金屬化銥（III））與多聚吡啶的AIEgens。細菌表面的脂多糖和磷脂酸存在多種磷酸鹽/羧酸鹽基團，因此兩者是高度帶負電的分子，而且兩種分子中均含有疏水區(qū)。所設計的陽離子銥（III）復合物可通過靜電介導的疏水相互作用靶向細菌表面的脂多糖和磷脂酸區(qū)域，從而使銥（III）復合物分子間發(fā)生π-π堆疊作用，從而發(fā)生AIE現(xiàn)象?；谠撛韺RSA進行了檢測，結果顯示，該探針可在5 min內檢測出濃度僅為1.2 CFU/mL的MRSA。在較高MRSA濃度（10CFU/mL）下，裸眼即可觀察到AIE熒光強度的變化。

2.1.3 單核細胞增生李斯特菌

單核細胞增生李斯特菌（），一種人畜共患的食源性致病菌，該菌在4 ℃的環(huán)境中仍可生長繁殖，是冷藏食品威脅人類健康的主要病原菌之一。人主要通過食用未經充分加熱的冷飲、蔬菜、乳品、肉及肉制品而造成感染。感染后可引起人類李斯特菌病，甚至引發(fā)可導致死亡的敗血病和腦膜炎，造成二至三成的感染者死亡，是最致命的食源性致病菌之一?？紤]到單核細胞增生李斯特菌對公共衛(wèi)生的巨大威脅，迫切需要快速準確的方法對其進行檢測。

Guo Yuanyuan等在牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）形成的納米顆粒中包裹1-(4-羥苯基)-1,2,2-三苯乙烯（1-(4-hydroxyphenyl)-1,2,2-triphenylethene，TPE-OH），隨后偶聯(lián)抗體合成復合納米（IgG-coated TPE-OH@BSA NPs），該材料由于TPEOH（圖6）在BSA中的聚集產生了明亮的AIE熒光信號，隨后合成了表面帶有核酸適配體的納米磁珠。利用上述兩種材料中特異性抗體與核酸適配體對李斯特菌的結合，實現(xiàn)細菌的識別與磁分離。通過檢測磁分離上清中AIE熒光信號的強度可表征單增李斯特菌的濃度，該檢測方法對單增李斯特菌的檢測范圍為10～10CFU/mL，LOD低至10 CFU/mL，具有良好的選擇性。對加標湖水與豬肉樣品的回收率范圍為95.37%～101.90%。

圖6 用于檢測單增李斯特菌的TPE-OH結構[54]Fig. 6 Structure of TPE-OH used for detecting Listeria monocytogenes[54]

在上述單一食源性致病菌種類檢測的研究中，研究者大多利用細菌的電荷性質及其表面的一些特定結構來設計AIE探針，通過靜電相互作用或者基團之間的相互結合達到細菌檢測的目的。然而，筆者認為這種結合模式的特異性相對較弱，在大多數(shù)報道中也未針對AIEgens的細菌結合特異性進行深入研究，僅有少部分研究將抗體作為特定細菌的特異性識別分子，所構建的免疫分析方法可對細菌進行特異性檢測。此外，上述檢測方法的靈敏度相對較低，LOD大多在10～10CFU/mL之間，與現(xiàn)有食源性致病菌檢測試劑盒（約10～10CFU/mL）相比還有一定提升空間。

2.2 AIEgens在多種食源性致病菌同時檢測中的應用

食源性致病菌種類繁多，食品中豐富的營養(yǎng)成分可為不同種類致病菌的持續(xù)生長、繁殖和代謝提供良好的生存環(huán)境，進一步導致食品中的多種食源性致病菌菌株并存。因此，同時檢測食品中的多種食源性致病菌對降低檢測成本，提升檢測效率以及指導臨床的聯(lián)合用藥具有重要意義，已成為當前國際食品安全研究的熱點。

Kang等將陽離子聚乙烯吡咯烷酮（poly(vinylpyrrolidone)，PVP）與磷酸功能化的2-羥基查耳酮（2-hydroxychalcone，HCAP）結合形成了具有AIE效應的探針HCAP-PVP（圖7A），其在溶液中具有極好的溶解性，溶解可產生黃綠色熒光。而部分細菌可表達主要位于細菌表面周質區(qū)域的堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）。當探針與這一類細菌混合后，細菌表達的ALP可使HCAP-PVP探針上的磷酸基團被裂解，從而激發(fā)探針的AIE效應，其熒光由黃綠色變?yōu)榧t色?；谠撛硗瑫r對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌進行了檢測，結果顯示，該探針對兩種菌的檢測范圍均為10～10CFU/mL。Dong Zhenzhen等將低分子質量殼聚糖（chitooligosaccharide，COS）作為主鏈，將抗菌多肽（antimicrobial peptides，AMP）連接到其氨基上，構建了COS-AMP探針（圖7B）。一方面該探針中的COS本身具有AIE效應；另一方面，COS-AMP具有與細菌細胞壁中的肽聚糖組分類似的結構，可促使探針通過細菌細胞壁?；谔结樈Y構與細菌細胞壁組分類似的原理以及探針的AIE效應，同時對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌進行定量分析。檢測結果顯示，該探針對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的檢測范圍均為1.25×10～5.00×10CFU/mL，LOD均為1.25×10CFU/mL。Chen Shuai等首先合成了帶正電的親脂性分子，然后連接以TPE為核心結構、羧酸酯為配體的四(4-羧基苯)乙烯（tetrakis(4-carboxyphenyl)ethylene，TPE-(COOH)）（圖7C），構成TPE/Q-PGEDA-OP納米探針，該復合物探針在溶液中具有強烈的熒光。在加入待檢測細菌后，細菌表面的負電將與探針的陽離子配基產生靜電相互作用，致使TPE-(COOH)從復合探針中釋放，從而降低熒光強度?；谠撛硗瑫r對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌進行了檢測，結果顯示，該探針對兩種菌的檢測范圍均為10～10CFU/mL，LOD均為10CFU/mL。與上述研究相似的是，Li Qiaoying等在介孔二氧化硅納米球表面負載了TPE羧酸酯衍生物（TPE-(COOH)）（圖7C）、乙二胺修飾的聚甲基丙烯酸甘油酯（polyglycerol methacrylate，PGEDA）等多種化合物。當細菌與該納米材料相互作用時，細菌表面陰離子與該材料表面帶有陽離子的PGEDA結合。該過程會影響PGEDA與TPE-(COOH)之間的相互作用，從而導致熒光強度的減弱?；诖嗽?，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌進行了檢測，結果顯示，該探針對大腸桿菌的LOD為2.5×10CFU/mL，對金黃色葡萄球菌的LOD為5.0×10CFU/mL。

圖7 用于同時檢測多種細菌所用的AIEgens結構[55-58]Fig. 7 Structures of AIEgens used for simultaneous detection of multiple bacteria[55-58]

與2.1節(jié)中的檢測原理類似，在對多種致病菌進行同時檢測時，研究者利用的結合原理仍然是帶電性質或者是一類細菌均具有的特性，在此基礎上設計的AIEgens可與不同濃度的致病菌結合后發(fā)生熒光強度的變化，最終實現(xiàn)對多種食源性致病菌的同時檢測。表2從探針結構和檢測性能兩方面對AIEgens在食源性致病菌檢測領域的應用進行了匯總。

表2 AIE材料在食源性致病菌檢測領域的應用匯總Table 2 Application of AIEgens in the detection of food-borne pathogens

3 結 語

基于優(yōu)異的光物理特性，近10 年來，AIE材料與傳感技術的結合推動了一系列用于食源性致病菌鑒定和檢測的熒光傳感器的發(fā)展。與傳統(tǒng)的熒光鑒定或檢測方法相比，以AIE材料為探針的檢測方法具有更高的靈敏度和更好的精度。本綜述在文獻調研的基礎上，對AIE材料在食源性致病菌鑒定和檢測方面的應用進行了總結。首先在食源性致病菌的鑒定中，研究者主要利用致病菌的電荷或表面基團特性，以TPE為母體結構，利用不同基團進行修飾構建功能各異的AIEgens，隨后通過靜電和疏水相互作用，將AIEgens與致病菌結合，結合共聚焦熒光顯微鏡、流式細胞術和統(tǒng)計學分析方法（如LDA、PCA和QDA等）對成像結果或者熒光強度、波長等參數(shù)進行比較分析，實現(xiàn)了對食源性致病菌的分型、種類鑒定及活性鑒定。

在食源性致病菌的檢測方面，研究者利用AIE母體結構結合多種配體，如羧基、季銨鹽、Van等基團形成AIEgens，或者利用具有AIE特性的其他材料與食源性致病菌結合，構建熒光探針，達到食源性致病菌檢測的目的。目前利用AIE材料對食源性致病菌進行檢測的研究相對較少，總體而言，利用AIE材料進行食源性致病菌檢測時，其靈敏度僅能與傳統(tǒng)檢測手段的LOD持平或稍有提升。大部分文獻所報道的LOD在10～10CFU/mL。因此，未來研究可從以下幾方面著手提升其對食源性致病菌的檢測靈敏度：1）設計具有更高光學性能的AIEgens，如設計長波長發(fā)射的AIEgens；2）結合有效的前處理，提升致病菌從培養(yǎng)基等基質中的分離效果，從而降低檢測信號背景、提升信噪比；3）將AIEgens與特異性生物識別材料，如抗體、適配體等結合進行檢測，提升檢測的特異性。

本綜述是對AIE材料在食源性致病菌鑒定和檢測領域的應用進行的專門分析與總結，有助于研究人員更好地了解AIE材料在食源性致病菌鑒定和檢測領域的應用現(xiàn)狀，從而促進AIE材料在此領域的蓬勃發(fā)展。