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纳米颗粒在病原体检测和鉴定中的应用
快速的病原体检测和鉴定在食品安全和治疗早期阶段对于避免耐药性具有相当重要的意义。现代实验室使用了许多分子生物学检测技术来区分这些耐药致病性菌株和食源性病原体，包括全基因组测序、现代PCR、多重PCR、定量PCR （qPCR） 和液滴PCR。虽然实时PCR（RT-PCR）和qPCR可用于连续监测细菌的变化，但它们过于昂贵，无法在资源有限的环境中应用，而定性检测更具成本效益，在该领域占主导地位。因此，用于病原体检测和鉴定的先进而新颖的技术吸引了大量的关注。对此，纳米颗粒（NPs）因其在定性检测中更加灵敏、准确和可靠而进入人们的视野。利用纳米颗粒进行病原体检测和鉴定的研究和应用报道很多。
样品制备
在过去，如果我们使用金标准技术对需要在24小时内使用特定抗生素的危重病人进行测试，可能需要很长时间。然而，借助快速、高度简便的提取工艺——免疫磁分离技术，从各种临床样品中浓缩微生物的时间可以缩短到数小时内。磁性纳米颗粒（MNPs）具有优异的磁性能、低成本、分析通用性和较高的捕获效率等优点，使其在样品制备中得到广泛应用。例如，Kearns等人利用凝集素功能化的镀银MNPs和光学活性抗体包被的镀银NPs，在微离心管中分离并检测了三种细菌病原体（包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，MRSA）。此外，Cowger等人开发了一种利用NPs介导质谱的新型药敏试验，耗时不到50分钟，可以区分野生型和耐药菌株（图 1）。
图1：利用蛋白质吸附的磁性纳米颗粒分离细菌的示意图
MRI定位细菌
考虑到细菌耐药性和器官损伤，应用MRI作为无创成像在感染早期定位细菌具有很大的潜力。该技术已被用于心内膜炎、骨髓炎和软组织感染模型中金黄色葡萄球菌感染的可视化。然而，这些模型检测的是炎症，而不是感染的致病因子。目前已经有一项利用铁颗粒直接可视化金黄色葡萄球菌的研究，但由于缺乏特异性，这种方法的应用受到限制。现在，开发具有特异性的分子成像探针正在进行中，包括使用铁NPs与IgG偶联来可视化细胞内病原体。有报道称，科学家通过包被结核分枝杆菌表面抗体的颗粒特异性检测肺外分枝杆菌感染。
利用IPCR检测目标蛋白质
在检测数目或序列无法扩增的抗原和抗体时，将一种高度敏感的技术——免疫PCR （immunopcr, IPCR）引入到这些研究中，它将免疫学和PCR结合起来检测感兴趣的蛋白质。通常，将抗体与已知的DNA序列偶联，然后用于靶向样品中的目标抗原（图 2），最后使用PCR扩增该序列。伴随着IPCR的使用，典型ELISA 的检出限可以提高到100 ~ 10000倍。IPCR已从其在研究中的应用扩展到诊断实验室，用于检测灵敏度更高的蛋白质。许多研究已经证明，金NPs能够增强IPCR 的灵敏度。与直接与DNA结合相比，抗体更容易与金NPs结合。而且，金NPs可以与更多的DNA分子结合，从而进一步提高了IPCR的灵敏度。使用类似的策略，Chen和他的同事将IPCR与利用金NPs的生物条形码扩增相结合，检测了汉滩病毒核衣壳蛋白。
图2：用于检测目标抗原的IPCR。其中DNA偶联抗体用于检测抗原，DNA序列的PCR扩增可以定量地确定抗原的存在
在食品工业中的应用
几十年来，食源性疾病一直是对公共卫生的严重威胁，并且仍然是一项重大的公共卫生挑战。目前已经开发出基于纳米颗粒的生物传感器来检测病原体，包括使用磁性NPs、银NPs和银纳米壳。然而，这些方法缺乏在一次检测中检测多种生物的能力。最近，三染料掺杂荧光二氧化硅NPs 和量子点（QDs）被报道用于检测多种细菌。但这种策略仍然存在缺点。荧光检测方式需要使用荧光探针，容易受到光漂白和处理方式的影响，而量子点的制造困难且昂贵，表面改性复杂。
参考文献
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