大腸桿菌是引發多種水傳播疾病的主要原因，世界衛生組織已將水中大腸桿菌含量作為評估糞便污染的主要指標。目前常用的平板計數法和聚合酶鏈反應（PCR）雖靈敏度高，但操作繁瑣、耗時久且需專業設備，在資源有限地區難以推廣。酶介導的級聯反應結合比色法具有操作簡單、快速直觀、無需復雜設備等優勢，且與智能手機結合后更適用于資源受限地區，但傳統納米酶存在依賴不穩定的H 2O2 、對反應溫度和 pH 要求苛刻等問題。
研究團隊合成了具有 pH 適應性的CuO2作為光響應氧化酶，它在光照下能通過光生空穴直接氧化 3,3,5,5 - 四甲基聯苯胺（TMB），避免了對酸性 pH 的依賴，在中性條件下也能保持良好的催化活性，同時還能維持 β - 半乳糖苷酶（β - gal）的最佳活性。噬菌體作為特異性細菌識別劑，能選擇性識別大腸桿菌并促進 β - gal 快速釋放，提升檢測靈敏度。二者結合構建的級聯反應體系，可實現對大腸桿菌的高效檢測。
圖 1：展示CuO2 合成過程及相關表征，證明其成功制備。
圖 2：探究 pH 對CuO2酶活性影響及光響應氧化酶活性機制。
圖 3：研究β?gal/CuO2 級聯反應檢測大腸桿菌的可行性與選擇性。
實驗中，研究人員先將大腸桿菌與噬菌體孵育，離心獲取含 β - gal 的上清液，再加入 p - 氨基苯基 β - D - 吡喃半乳糖苷（PAPG）和CuO2 ，反應一段時間后加入 TMB 并光照，最后加H2SO4終止反應。通過紫外 - 可見分光光度計分析 450nm 處氧化型 TMB（Ox - TMB）的吸收峰，或利用智能手機 RGB 顏色識別技術，即可檢測大腸桿菌濃度。該方法檢測限低至15CFU/mL，能準確測量低至102CFU/mL的大腸桿菌濃度，回收率在 95.0% - 104.1% 之間，相對標準偏差（RSD）為 1.3% - 2.8%。同時，該方法可區分活死大腸桿菌，減少假陽性和假陰性結果。結合智能手機的比色傳感檢測，不僅操作便捷，檢測限更是低至13CFU/mL 。此外，CuO2作為光響應氧化酶在 4°C 儲存 7 天仍能保持高活性，檢測方法的重現性良好。
圖 4：觀察噬菌體感染大腸桿菌過程及 β - 半乳糖苷酶釋放差異。
圖 5：評估生物傳感器檢測大腸桿菌的特異性及區分活死菌能力。
圖 6：測試CuO2穩定性和檢測方法對大腸桿菌檢測的重現性。
該研究揭示了CuO2的新型光氧化酶特性，并將其與噬菌體特異性相結合，開發出高效的大腸桿菌檢測方法。此方法在資源受限環境中具有巨大應用潛力，有望成為水質監測和食品安全保障的有力工具。
參考文獻：Zeng Q, Deng T, Yang Y, et al. pH-Adaptable CuO2 Photo-responsive Oxidase with Phage-Lysed β-galactosidase Based Cascade Reaction for Colorimetric Detection of Escherichia coli in Drinking Water with High Specificity and Sensitivity[J]. Journal of Hazardous Materials, 2025: 138295.
來源：微生物安全與健康網，作者~徐禮龍。
