聚集诱导发光材料在食源性致病菌鉴定和检测中的应用

窦磊娜，王战辉，余文博，沈建忠

（中国农业大学动物医学院，动物源食品安全检测技术北京市重点实验室，国家兽药安全评价中心，北京 100193）

食品是人类赖以生存和发展的必需品，食品安全与人类健康和经济发展密切相关。近年来，食源性致病菌已成为食品安全事件暴发的主要诱因，导致食品安全事件层出不穷。大肠杆菌O157:H7、金黄色葡萄球菌、肠炎沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、空肠弯曲菌、蜡状芽孢杆菌等引起的感染是许多严重疾病（如肺炎、败血症、化脓性关节炎、皮肤病和炎症性肠病）的最主要诱因，且发病率和死亡率极高。据统计，全球每年15亿腹泻病例中70%是由于患者食用受食源性致病菌污染的食品引起的。在美国，由食源性致病菌感染引起的疾病每年约有7 600万 例，导致约325 000 例住院治疗，5 000余例死亡，总医疗费用达到371亿 美元。我国仅2021年5月就发生食物中毒事件28 起，累计病患963 例，其中，微生物性食物中毒事件9 起，中毒患者593 例，分别占32.14%和61.58%，这对于患者、家庭和社会而言都是沉重的负担。

鉴于食源性致病菌对食品安全和人类健康构成的重大威胁，对其进行有效的鉴定和检测是当前的研究热点。平板法是食源性致病菌鉴定和检测的标准方法，具有准确性高的特点，然而该方法耗时较长，通常需要3～5 d才能确定病原微生物，已不能满足当前日益增长的对食源性致病菌快速鉴定和检测的需求。因此，近年来，众多研究者开发了大量具有独特化学和物理特性的材料构建新型食源性致病菌传感器，其中量子产率高、光学稳定性强和灵敏度高的荧光材料受到了广泛关注。但是常规的荧光团（如小分子荧光染料、荧光微球、量子点等）存在聚集导致淬灭（aggregate caused quenching，ACQ）效应，极大地限制了其在生物分析中的标记数量，导致生物检测的信号低、灵敏度差以及易于发生光漂白。针对上述问题，唐本忠院士课题组于2001年发现的一类新型荧光材料——聚集诱导发光（aggregate induced emission，AIE）材料有效地克服了这个问题，为荧光传感器的构建提供了理想探针材料。AIE荧光团（AIEgens）通常具有“螺旋桨状”结构，由于分子内运动的限制，它在稀溶液中无荧光，但在固态或聚集状态下却具有高强度荧光，可以在生物检测中提供更低的背景和更可靠的信号。同时，AIE探针的应用无需洗涤步骤，可节省操作时间及减少检测样品的损失。自AIE概念提出以来，其在致病菌鉴定和检测领域得到了极大关注。众多研究者利用AIE材料核心结构结合不同的配体基团，设计了高性能的AIEgens对致病菌进行了高效鉴定和检测。本文从AIEgens在食源性致病菌鉴定和检测的应用出发，对AIEgens进行结构分析与机理功能总结，并指出该领域未来可能的研究趋势。

1 AIEgens在食源性致病菌鉴定中的应用

1.1 AIEgens在食源性致病菌分型中的应用

基于细菌细胞壁的化学结构以及组成的不同，革兰氏染色法可将细菌分为G和G菌。而对G和G菌进行更快速的区分可为后续细菌种类的进一步鉴定提供基础，缩小鉴定范围。重要的是，由于G和G菌的致病机制（G菌：产生外毒素，G菌：产生内毒素）完全不同，而且广谱或窄谱抗生素在治疗G和G菌感染的效果上存在差异，对G和G菌进行准确快速的区分可为后续治疗药物的选择提供指导。

Hu Rong等利用G和G菌在肽聚糖组成上的不同设计了具有AIE性质的探针，对G菌和G菌进行鉴定。该探针将具有AIE活性且可以选择性和稳定结合脂滴的2-{[(二苯基亚甲基)肼基]甲基}苯酚（2-{[(diphenylmethylene)hydrazono]methyl}phenol，DPAS）衍生物与吗啉和萘基单元相结合，形成2-{[(二苯基亚甲基)肼基]甲基}萘（2-{[(diphenylmethylene)hydrazono]methyl}naphthalene，M1-DPAN）（图1A）。所合成的M1-DPAN与G菌结合时显示强烈的荧光，且信号可持续24 h。随后通过实验探究该AIEgen与细菌的相互作用过程时发现，M1-DPAN分子的吗啉基团可通过较强的疏水作用与G菌细胞壁上的脂磷壁酸结合，而微生物自身的电荷特性在探针识别过程中影响不大。因此，使用M1-DPAN进行G菌的选择性鉴定时，细胞壁的特定成分和结构都起着重要的作用。Feng Guangxue等设计了一种以四苯乙烯（tetraphenylethylene，TPE）为核心结构，万古霉素（vancomycin，Van）为配体（图1B）且具有良好水溶性的AIEgen（AIE-2Van）。该探针的细菌分型机制主要是Van分子对G菌细胞壁上肽聚糖的特有序列具有特异性结合能力。此外由于其AIE特性，AIE-2Van与G菌特异性结合后显示出强烈的荧光，可直接进行G菌的肉眼可视化识别。Jiang Guoyu等以TPE为核心结构，设计并合成了带有正电荷吡啶鎓侧基的AIE探针TPEPyE（图1C）。带正电的TPEPyE可以通过静电相互作用有效且特异性地与细菌表面带负电的脂多糖结合并发生AIE效应。此外，脂多糖烷基链与TPEPyE之间的疏水作用也可能对其高特异性起到一定的作用。利用这一特性，该探针可以用于区分G（金黄色葡萄球菌，无荧光信号）和G菌（大肠杆菌，黄绿色荧光信号）。综上所述，在使用AIEgens对细菌进行分型的研究中，研究者主要利用G和G菌细胞壁结构和组成的差异，有针对性地在AIEgens的核心结构上设计了不同的配体基团，从而让AIEgens可以特异性的结合G或G菌表面的关键生物分子，进而达到对G菌与G菌分型的目的。

图1 用于食源性致病菌分型的M1-DPAN（A）、AIE-2Van（B）及TPEPyE（C）结构[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在食源性致病菌种类鉴定中的应用

不同种类的致病菌在细菌结构、生物学特性以及感染后的临床症状等方面具有明显差异，因此，对致病菌进行种类鉴定可精确判断污染的致病菌种类，对监测食品以及环境污染状况起到至关重要的作用。更重要的是，在临床诊断中可为后续针对性的抗生素使用提供指导，对于个体感染患者的治疗意义重大。

Zhou Chengcheng等开发了一种基于TPE衍生物的传感器阵列，用于食源性致病菌的种类区分。每个传感器阵列均由含有3 个阳离子铵基和不同疏水取代基的AIEgens组成（共合成7 个AIEgens，统称为TPE-ARs，R代表不同的取代基），结构如图2A所示。这种结构改造可灵活地调节lg（正辛醇/水分配系数）值，从而实现与不同食源性致病菌之间的静电和疏水相互作用。7 个TPE-ARs可分为3 组，分别对G菌、G菌及真菌有不同的荧光响应。借助线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA）可实现对7 种病原菌的有效种类鉴定，甚至可以区分正常菌和耐药菌，准确率接近100%。Chen Wenwen等提出了一种可快速有效地区分8 种致病菌（包含2 种耐药菌）的方法，该方法利用5 种AIEgens组成阵列，并结合统计分析来进行致病菌种类区分。5 种探针A1～A5均以TPE为核心结构，通过连接不同的基团使探针具有不同的电荷与疏水特征（图2B）。不同细菌的表面结构决定了其与探针相互作用时的差异，因此可利用上述特性进行细菌种类的区分。通过流式细胞仪记录荧光强度数据并采用主成分分析（principal component analysis，PCA）和二次判别分析（quadratic discriminant analysis，QDA）进行统计。此外，由于细菌表面带负电，带正电的AIEgens和细菌有更强的结合特性。通过PCA模型对探针进行筛选后，仅使用3 种甚至2 种带正电AIEgens即可实现8 种致病菌的有效鉴定。Liu Guangjian等以TPE为核心结构，利用醛基、羧基和季铵盐基团进行功能化设计，共合成了6 种AIEgens（分别为TPEMA和TPEDA、TPEMC和TPEDC、TPEMN和TPEDN），结构如图2C所示。通过与8 种代表性细菌（包括单核细胞增生李斯特菌、霍乱弧菌和肺炎克雷伯菌等）一起进行孵育，同时采用LDA分析方式，可实现致病菌的有效鉴定。之后通过比较细菌孵育前后AIE荧光强度的变化，探讨了上述AIEgens对细菌鉴定的传感机制。结果表明静电与疏水相互作用在AIE材料和细菌之间的结合占主导，不同细菌表面的组成成分影响了其电荷与亲/疏水特征，进而导致AIE荧光强度在不同细菌间的差异。Shen Jianlei等从分析微生物裂解物的角度出发，首先从前期已报到的AIEgens文库中筛选出可与微生物裂解物相互作用并发生AIE效应的7 种AIEgens（图2D），其中探针A1带负电，探针A2～A4、A6和A7带正电，探针A5为中性。随后在微生物裂解物与AIEgens的反应体系中引入氧化石墨烯（graphene oxide，GO），一方面与AIEgens共同竞争性结合生物裂解物，使AIEgens的荧光恢复；另一方面还可以清除反应体系中常见的蛋白质与核酸，从而降低基质影响。因此，将AIEgens与GO混合后加入微生物裂解物，同时结合PCA分析模型，可以对6 种微生物（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、酿酒酵母菌、枯草芽孢杆菌和绿脓杆菌）进行精确的区分。

在将AIEgens用于细菌种类区分时，研究人员均合成了多种荧光发射波段不同的AIEgens作为光学信号检测源；利用所合成AIEgens的电荷特性对细菌进行标记（主要利用了静电和疏水相互作用）；同时结合统计学分析方法，如LDA、PCA和QDA等对荧光强度、波长等参数进行了比较分析，最终实现了对不同种类细菌的有效区分。

图2 不同研究中用于食源性致病菌种类区分的AIEgens结构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鉴定中的应用

利用正常以及失活的细菌在形态、细胞完整性以及分泌物等方面的差异，可对食源性致病菌的活性进行鉴定。快速精确地鉴定细菌活性可为评估饮用水和食品质量、确定消毒及杀菌方法是否有效以及探索新的杀菌剂和开发新的抗菌材料提供关键信息。

Zhao Engui等以TPE为核心结构，结合硼酸（boric acid，BA）分子构建了一种AIEgens，命名为TPE-2BA（图3A）。该探针的细胞毒性低、荧光稳定性强，可用作细菌长期生存力测定。通过实验结果可知TPE-2BA是一种DNA染料，DNA双螺旋形成的凹槽结构起到了结合TPE-2BA的关键作用。因此，当细菌失活后，表面膜结构受损，从而打开了TPE-2BA到达双链DNA的通道，致使发生AIE效应。该AIEgens对细菌活性鉴定的机理可能与商业化染料Hoechst 33342类似。在此基础上，该课题组结合TPE-2BA和另一种AIEgens，命名为DCQA（图3B），形成双AIEgen体系对活细菌进行定量。该DCQA探针可通过静电作用与活细菌或者失活细菌结合。使用上述两种染料对细菌进行共染色。所有细菌均可以与DCQA结合发出红色荧光，而只有细菌失活时可与TPE-2BA结合发出蓝色荧光，之后利用酶标仪测定不同激发波长下的荧光强度或者利用共聚焦显微镜进行成像可以对细菌活力以及活细菌所占细菌总量的比例进行定量。上述研究均利用了失活细菌释放核酸类物质的特性，设计了AIEgens对核酸进行特异性结合，从而达到食源性致病菌活性鉴定的目的。表1从探针结构和鉴定机理两方面对AIEgens在食源性致病菌分型、种类鉴定及活性鉴定中的应用进行了总结。

图3 用于食源性致病菌活性鉴定的TPE-2BA（A）及DCQA（B）结构[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、种类鉴定及活性鉴定中的应用Table 1 Application of AIEgens in typing, species and viability identification of food-borne pathogens

2 AIEgens在食源性致病菌检测中的应用

2.1 AIEgens在单种食源性致病菌检测中的应用

2.1.1 致病性大肠杆菌

致病性大肠杆菌能够引起人体胃肠道、尿道以及败血型感染等疾病。肠出血性大肠杆菌O157:H7是大肠杆菌中致病性极强的血清型，其感染剂量极低，可引起急性剧烈腹痛和水样腹泻，数天后出现出血性腹泻，严重时可导致死亡。生的或未熟制的肉制品和乳制品是致病性大肠杆菌污染风险最高的食物。另外，食用受污染的水以及食物加工过程中的交叉污染，也是导致感染的重要原因。大肠杆菌O157:H7因污染食物（如菠菜、黄瓜等）在全球已经引发了多次大规模的食源性疾病感染，导致大量患者死亡。因此，致病性大肠杆菌的快速检测对保障食品安全以及人民身体健康具有重要意义。

Ajish等研究了葡萄糖基单丙烯酰胺（glucose based acrylamides，Glc-acryl）和双丙烯酰胺（glucose based bisacrylamide，Glc-bis）（图4A）的AIE性质，并将其作为AIEgens进行了细菌检测应用，该探针可与细菌凝集素以及菌毛中的FimH蛋白结合，因此，与大肠杆菌一起孵育时荧光强度与大肠杆菌浓度成正相关，使用该AIEgen对大肠杆菌的检测线性范围为1.00×10～1.70×10cell/mL，检测限（limit of detection，LOD）为7.30×10cell/mL。Li Yamin等设计了一种基于两亲性星形共聚物的AIEgen，命名为TPE-star-P，该探针以TPE为核心结构，以两亲/阳离子为配体，通过非共价作用力结合，该AIEgen与带负电荷的细菌表面接触后，静电复合物的形成将限制TPE核心的分子内旋转，从而导致协同荧光的“Turn-On”。利用此现象对大肠杆菌进行检测，探针在475 nm波长处的荧光强度与0～4.5×10CFU/mL范围内的大肠杆菌浓度呈线性关系，LOD约8.5×10CFU/mL。Zhao Long等结合电纺丝纤维的高接枝能力和高孔隙度结构，在聚苯乙烯-马来酸酐（polystyrene-co-maleic anhydride，PSMA）静电纺丝上连接以TPE为核心结构、三聚氯氰为配体的TPE-三聚氯氰（TPE-cyanuric chloride，TPEC）（图4B）和甘露糖。静电纺丝上的甘露糖含有大量羟基，可与大肠杆菌菌毛中的FimH蛋白特异性结合导致TPEC荧光“Turn-On”，从而使材料的荧光强度随大肠杆菌浓度的增大而升高。使用该AIEgen对大肠杆菌的检测范围为10～10CFU/mL。Zhao Jianliang等首先合成了具有AIE效应的超支化聚酰胺（hyperbranched polyamide amine，H-PAMAM），然后，通过在H-PAMAM的外围开环聚合-氨基酸-羧基酐制备了纳米工程肽接枝超支化聚合物（nanoengineered peptide-grafted hyperbranched polymers，NPGHPs）。利用荧光光谱探究NPGHPs与细菌之间的相互作用机理，结果表明AIEgen与细胞膜之间的静电相互作用导致其在细胞膜表面快速聚集，荧光强度升高。随后大量的NPGHPs渗透细胞膜进入细胞内部，造成该材料在细胞有限空间内的大量聚集，使得荧光强度急剧增加。之后，随着细胞的破裂，荧光强度上升速度变慢。基于上述原理对大肠杆菌进行检测，结果表明在大肠杆菌浓度为1×10～1×10CFU/mL时，NPGHPs的荧光强度与大肠杆菌浓度成正比，LOD为1×10CFU/mL。Zhang Ganggang等将已报道的AIEgen（TCBPE）（图4C）与聚甲基丙烯酸甲酯/聚马来酸酐十八醇酯通过“一锅法”合成AIE荧光微球，随后在其表面偶联抗大肠杆菌O157:H7的单克隆抗体作为特异性识别分子，构建夹心模式的侧流免疫层析检测体系。荧光强度与分析物的浓度成正比，配合荧光读条仪可对大肠杆菌O157:H7进行定量检测，结果显示该方法对大肠杆菌O157:H7检测的LOD为3.98×10CFU/mL，该AIE荧光微球的检测灵敏度比基于两种商业化的荧光微球Ocean和Merk的层析方法分别高11 倍和7 倍。

图4 用于检测大肠杆菌的Glc-acryl（A1）和Glc-bis（A2）、TPEC（B）以及TCBPE（C）结构[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 金黄色葡萄球菌

金黄色葡萄球菌（）是一种常见的食源性致病菌，常寄生于人和动物的皮肤、鼻腔、咽喉、肠胃和化脓疮口中，也广泛存在于空气、污水等自然环境中。另外，金黄色葡萄球菌对高温及高盐有一定的耐受能力，在80 ℃以上的高温环境下30 min才可以将其彻底杀死，最高可以耐受质量分数15%的氯化钠溶液。金黄色葡萄球菌本身不会对人体健康产生危害，但它在繁殖过程中产生的肠毒素却是引发食物中毒的主要致病因子。在蛋白质含量丰富、水分含量高、油脂较多同时含一定量淀粉的食物中易产生肠毒素，如乳品、蛋及其制品、肉制品等。一般情况下，人体摄入肠毒素污染的食物2～6 h后，会出现恶心、呕吐和腹泻、腹痛、绞痛等急性胃肠炎症状。近年来金黄色葡萄球菌中毒的报道层出不穷，有数据表明，2003—2015年全国共报告1 050 起学校食源性疾病暴发事件，累计发病37 281 人次，其中由金黄色葡萄球菌感染所致的发病人数占20.93%。因此，需要对金黄色葡萄球菌进行快速准确的检测。

Naik等以TPE为核心结构，采用磺酸盐进行功能化合成了两种AIEgens，TPE-单磺酸盐和TPE-双磺酸盐（图5）用于金黄色葡萄球菌的检测。两个探针均带负电，可与G菌外细胞壁中脂磷壁酸的氨基之间产生静电相互作用，两者相互结合后发生AIE效应。实验中发现，TPE-双磺酸盐与TPE-单磺酸盐相比具有更好的水溶性和更高的灵敏度。在金黄色葡萄球菌的检测中，随着细菌浓度的增加TPE-双磺酸盐的荧光强度逐渐增加。该探针对金黄色葡萄球菌的检测范围为1.19×10～12.00×10CFU/mL，LOD约为1.19×10CFU/mL。该检测策略可应用于真实食品样品的检测，在金黄色葡萄球菌污染的苹果汁中其荧光信噪比仍然较高。

图5 用于检测金黄色葡萄球菌的TPE-单磺酸盐（A）和TPE-双磺酸盐（B）结构[48]Fig. 5 Structures of TPE-mono-sulfonate (A) and TPE-di-sulfonate (B)used for detecting S. aureus[48]

在金黄色葡萄球菌中，感染性最强的是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin-resistant，MRSA），俗称“超级细菌”，是临床上常见的毒性较强的细菌，从发现至今MRSA感染几乎遍及全球，已成为社区感染的主要病原菌之一。由于其对许多抗生素有多重耐药性，对其感染的治疗是临床上十分棘手的难题之一。因此，对MRSA的快速检测和控制尤其重要。

Gupta等设计了一类水溶性强且带有金属配基（环金属化铱（III））与多聚吡啶的AIEgens。细菌表面的脂多糖和磷脂酸存在多种磷酸盐/羧酸盐基团，因此两者是高度带负电的分子，而且两种分子中均含有疏水区。所设计的阳离子铱（III）复合物可通过静电介导的疏水相互作用靶向细菌表面的脂多糖和磷脂酸区域，从而使铱（III）复合物分子间发生π-π堆叠作用，从而发生AIE现象。基于该原理对MRSA进行了检测，结果显示，该探针可在5 min内检测出浓度仅为1.2 CFU/mL的MRSA。在较高MRSA浓度（10CFU/mL）下，裸眼即可观察到AIE荧光强度的变化。

2.1.3 单核细胞增生李斯特菌

单核细胞增生李斯特菌（），一种人畜共患的食源性致病菌，该菌在4 ℃的环境中仍可生长繁殖，是冷藏食品威胁人类健康的主要病原菌之一。人主要通过食用未经充分加热的冷饮、蔬菜、乳品、肉及肉制品而造成感染。感染后可引起人类李斯特菌病，甚至引发可导致死亡的败血病和脑膜炎，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。考虑到单核细胞增生李斯特菌对公共卫生的巨大威胁，迫切需要快速准确的方法对其进行检测。

Guo Yuanyuan等在牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）形成的纳米颗粒中包裹1-(4-羟苯基)-1,2,2-三苯乙烯（1-(4-hydroxyphenyl)-1,2,2-triphenylethene，TPE-OH），随后偶联抗体合成复合纳米（IgG-coated TPE-OH@BSA NPs），该材料由于TPEOH（图6）在BSA中的聚集产生了明亮的AIE荧光信号，随后合成了表面带有核酸适配体的纳米磁珠。利用上述两种材料中特异性抗体与核酸适配体对李斯特菌的结合，实现细菌的识别与磁分离。通过检测磁分离上清中AIE荧光信号的强度可表征单增李斯特菌的浓度，该检测方法对单增李斯特菌的检测范围为10～10CFU/mL，LOD低至10 CFU/mL，具有良好的选择性。对加标湖水与猪肉样品的回收率范围为95.37%～101.90%。

图6 用于检测单增李斯特菌的TPE-OH结构[54]Fig. 6 Structure of TPE-OH used for detecting Listeria monocytogenes[54]

在上述单一食源性致病菌种类检测的研究中，研究者大多利用细菌的电荷性质及其表面的一些特定结构来设计AIE探针，通过静电相互作用或者基团之间的相互结合达到细菌检测的目的。然而，笔者认为这种结合模式的特异性相对较弱，在大多数报道中也未针对AIEgens的细菌结合特异性进行深入研究，仅有少部分研究将抗体作为特定细菌的特异性识别分子，所构建的免疫分析方法可对细菌进行特异性检测。此外，上述检测方法的灵敏度相对较低，LOD大多在10～10CFU/mL之间，与现有食源性致病菌检测试剂盒（约10～10CFU/mL）相比还有一定提升空间。

2.2 AIEgens在多种食源性致病菌同时检测中的应用

食源性致病菌种类繁多，食品中丰富的营养成分可为不同种类致病菌的持续生长、繁殖和代谢提供良好的生存环境，进一步导致食品中的多种食源性致病菌菌株并存。因此，同时检测食品中的多种食源性致病菌对降低检测成本，提升检测效率以及指导临床的联合用药具有重要意义，已成为当前国际食品安全研究的热点。

Kang等将阳离子聚乙烯吡咯烷酮（poly(vinylpyrrolidone)，PVP）与磷酸功能化的2-羟基查耳酮（2-hydroxychalcone，HCAP）结合形成了具有AIE效应的探针HCAP-PVP（图7A），其在溶液中具有极好的溶解性，溶解可产生黄绿色荧光。而部分细菌可表达主要位于细菌表面周质区域的碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）。当探针与这一类细菌混合后，细菌表达的ALP可使HCAP-PVP探针上的磷酸基团被裂解，从而激发探针的AIE效应，其荧光由黄绿色变为红色。基于该原理同时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行了检测，结果显示，该探针对两种菌的检测范围均为10～10CFU/mL。Dong Zhenzhen等将低分子质量壳聚糖（chitooligosaccharide，COS）作为主链，将抗菌多肽（antimicrobial peptides，AMP）连接到其氨基上，构建了COS-AMP探针（图7B）。一方面该探针中的COS本身具有AIE效应；另一方面，COS-AMP具有与细菌细胞壁中的肽聚糖组分类似的结构，可促使探针通过细菌细胞壁。基于探针结构与细菌细胞壁组分类似的原理以及探针的AIE效应，同时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行定量分析。检测结果显示，该探针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的检测范围均为1.25×10～5.00×10CFU/mL，LOD均为1.25×10CFU/mL。Chen Shuai等首先合成了带正电的亲脂性分子，然后连接以TPE为核心结构、羧酸酯为配体的四(4-羧基苯)乙烯（tetrakis(4-carboxyphenyl)ethylene，TPE-(COOH)）（图7C），构成TPE/Q-PGEDA-OP纳米探针，该复合物探针在溶液中具有强烈的荧光。在加入待检测细菌后，细菌表面的负电将与探针的阳离子配基产生静电相互作用，致使TPE-(COOH)从复合探针中释放，从而降低荧光强度。基于该原理同时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行了检测，结果显示，该探针对两种菌的检测范围均为10～10CFU/mL，LOD均为10CFU/mL。与上述研究相似的是，Li Qiaoying等在介孔二氧化硅纳米球表面负载了TPE羧酸酯衍生物（TPE-(COOH)）（图7C）、乙二胺修饰的聚甲基丙烯酸甘油酯（polyglycerol methacrylate，PGEDA）等多种化合物。当细菌与该纳米材料相互作用时，细菌表面阴离子与该材料表面带有阳离子的PGEDA结合。该过程会影响PGEDA与TPE-(COOH)之间的相互作用，从而导致荧光强度的减弱。基于此原理，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行了检测，结果显示，该探针对大肠杆菌的LOD为2.5×10CFU/mL，对金黄色葡萄球菌的LOD为5.0×10CFU/mL。

图7 用于同时检测多种细菌所用的AIEgens结构[55-58]Fig. 7 Structures of AIEgens used for simultaneous detection of multiple bacteria[55-58]

与2.1节中的检测原理类似，在对多种致病菌进行同时检测时，研究者利用的结合原理仍然是带电性质或者是一类细菌均具有的特性，在此基础上设计的AIEgens可与不同浓度的致病菌结合后发生荧光强度的变化，最终实现对多种食源性致病菌的同时检测。表2从探针结构和检测性能两方面对AIEgens在食源性致病菌检测领域的应用进行了汇总。

表2 AIE材料在食源性致病菌检测领域的应用汇总Table 2 Application of AIEgens in the detection of food-borne pathogens

3 结 语

基于优异的光物理特性，近10 年来，AIE材料与传感技术的结合推动了一系列用于食源性致病菌鉴定和检测的荧光传感器的发展。与传统的荧光鉴定或检测方法相比，以AIE材料为探针的检测方法具有更高的灵敏度和更好的精度。本综述在文献调研的基础上，对AIE材料在食源性致病菌鉴定和检测方面的应用进行了总结。首先在食源性致病菌的鉴定中，研究者主要利用致病菌的电荷或表面基团特性，以TPE为母体结构，利用不同基团进行修饰构建功能各异的AIEgens，随后通过静电和疏水相互作用，将AIEgens与致病菌结合，结合共聚焦荧光显微镜、流式细胞术和统计学分析方法（如LDA、PCA和QDA等）对成像结果或者荧光强度、波长等参数进行比较分析，实现了对食源性致病菌的分型、种类鉴定及活性鉴定。

在食源性致病菌的检测方面，研究者利用AIE母体结构结合多种配体，如羧基、季铵盐、Van等基团形成AIEgens，或者利用具有AIE特性的其他材料与食源性致病菌结合，构建荧光探针，达到食源性致病菌检测的目的。目前利用AIE材料对食源性致病菌进行检测的研究相对较少，总体而言，利用AIE材料进行食源性致病菌检测时，其灵敏度仅能与传统检测手段的LOD持平或稍有提升。大部分文献所报道的LOD在10～10CFU/mL。因此，未来研究可从以下几方面着手提升其对食源性致病菌的检测灵敏度：1）设计具有更高光学性能的AIEgens，如设计长波长发射的AIEgens；2）结合有效的前处理，提升致病菌从培养基等基质中的分离效果，从而降低检测信号背景、提升信噪比；3）将AIEgens与特异性生物识别材料，如抗体、适配体等结合进行检测，提升检测的特异性。

本综述是对AIE材料在食源性致病菌鉴定和检测领域的应用进行的专门分析与总结，有助于研究人员更好地了解AIE材料在食源性致病菌鉴定和检测领域的应用现状，从而促进AIE材料在此领域的蓬勃发展。