近期，我校生物工程学院周楠迪教授团队在食品安全检测方面获得重要进展。研究成果“Construction of Faraday-cage-based aptasensor for detection of Staphylococcus aureus using high-conductivity zirconium/ hafnium metal-organic framework nanofflms”正式发表于期刊Sensors and Actuators: B. Chemical（IF=8）(https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.137307)。
金黄色葡萄球菌是一种广泛存在于环境和食品中的致病菌，可引发食物中毒、皮肤感染甚至败血症等严重健康问题。传统检测方法如微生物培养、酶联免疫吸附试验（ELISA）和聚合酶链式反应（PCR）存在耗时长、灵敏度低、依赖昂贵设备等缺陷，难以满足现场快速检测的需求。近年来，电化学适配体传感器因其高灵敏度、低成本和小型化潜力备受关注，但在检测全细胞病原体时，目标物体积大导致的“空间位阻效应”严重阻碍了电子传递，限制了检测性能的进一步提升。
该研究报道了一种将法拉第笼（Faraday cage）概念引入传感器的设计，利用二维Zr/Hf-MOF纳米膜作为信号载体，构建了一种新型适配体传感器。通过掺杂铪（Hf）原子和原位生长金纳米颗粒（AuNPs），显著提升了材料的导电性。其中，铪掺杂比例为5%的Zr/0.05Hf-MOF纳米膜因其大尺寸和最优导电性被选为核心信号探针。
当金葡存在时，适配体（Apt）特异性识别并结合金黄色葡萄球菌，促使Zr/Hf-MOF纳米膜与电极表面形成法拉第笼结构。该结构扩展了电极的外亥姆霍兹平面（OHP）层，使电子能够直接在信号探针与电极之间高效传递，从而克服了传统夹心式传感器的空间位阻问题。此外，Zr/Hf-MOF纳米膜的大比表面积可负载更多信号分子（二茂铁羧酸），进一步放大了检测信号。（图1）
图1 Zr/Hf-MOF纳米膜的制备过程示意图(A)和基于法拉第笼的金黄色葡萄球菌检测配体传感器的制备及其机理(B)
实验表明，为了评估传感器的检测性能，测量了不同浓度金黄色葡萄球菌的样品。检测系统的电化学信号强度随着目标浓度的增加而增加，在最佳条件下，纳米传感器的线性响应范围为10~10⁵ CFU·mL⁻¹，检测限低至1.8 CFU·mL⁻¹。(图2AB)当传感器用于金葡和混合菌的检测时获得信号显著高于其他菌的电化学信号，表明该传感器具有较好的特异性和抗干扰性。（图2C）在实际样本测试中，血清和牛奶的加标回收率分别达到91.6%~97.7%和101.9%~109.4%，相对标准偏差（RSD）均低于6.8%，展现了出色的准确性与抗干扰能力。此外，传感器在4℃储存16天后仍能保持93%以上的信号稳定性，为长期使用提供了保障。（图2D）
图2 (A) 10 CFU·mL−1 ~ 1 × 107 CFU·mL−1不同浓度下金黄色葡萄球菌法拉第笼型配体传感器的DPV曲线，(B) DPV峰值电流随金黄色葡萄球菌浓度的对数变化。附图为DPV强度与金黄色葡萄球菌浓度对数的线性关系。(C)对105 CFU·mL−1金黄色葡萄球菌和105 CFU·mL−1常见干扰菌的选择性和抗干扰性评价；(D)对105 CFU·mL−1金黄色葡萄球菌的稳定性评价
上述研究工作中，江南大学副研究员张雨婷老师和22级硕士范雪婷为论文第一作者，周楠迪教授和王晓丽副教授为论文的通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金项目（62301234，42177212，32371430）和无锡市科技发展基金项目（K20221015）等资助。
近年来周楠迪教授团队在核酸适配体的筛选优化和应用、分子诊断技术、新型纳米生物传感器的研制、智能纳米器件的构建和应用、POCT产品研制、食品风味分析和安全检测、发酵过程中代谢物监测等方面取得丰硕成果，相关成果发表在Analytical Chemistry、Biosensors and Bioelectronics、ACS Applied Materials & Interfaces、Sensors and Actuators B: Chemical、Food Chemistry、Journal Agricultural and Food Chemistry等本领域权威期刊。
