设计和制备具有分子识别和信号放大的多功能微纳米载体是构建高性能传感器的重要基础。目前，国内外研究的兴趣点主要集中在利用多孔材料如介孔硅、MOF、COF等作为载体负载信号分子，并用于后续的信号传感与放大。然而，这类材料的合成通常涉及一些有毒试剂和严苛的反应条件（如高温高压等）。另外，为了实现靶标的识别，这些纳米载体还需经过耗时费力、步骤繁琐的生物分子功能化过程，容易导致负载物的泄露。因此，如何构建合成简单、反应条件温和、负载效率高的多功能载体，对于发展高性能的生物传感器具有重要意义。
我校伟德BETVlCTOR1946李根喜教授团队长期从事基于生物传感的生化分析新方法及临床医学检验应用方面的研究工作。近期，他们研发了一种以工程化大肠杆菌作为控释生物载体的电化学免疫分析新方法。如图1所示，首先，大肠杆菌（Ec）通过非共价相互作用负载上大量电活性分子亚甲基蓝（MB）。然后，通过引入聚多巴胺（PDA）涂层，一方面避免MB的泄露，实现MB的可控释放，另一方面，借助PDA表面丰富的活性基团，实现检测抗体（Ab2）的修饰。最后，通过构建split-type型传感器，实现了对蛋白质HER2的灵敏分析。这种基于微生物的载体设计和制备为新型生物传感器的构建和其他相关应用提供了新的思路。
图1. 基于工程化大肠杆菌的电化学免疫传感器示意图。图片来源：Nano Letters
如图2所示，研究团队探究了Ec对多种染料分子的负载能力。其中，Ec对MB的负载是传统多孔材料（如SiO2, ZIF-8）的35.1和95.4倍。为了避免电信号分子MB泄露引起的强背景信号，作者借助引入的PDA涂层，利用温和的pH变化调控MB的释放，为后续传感过程很好的实施打下了基础。
图2. Ec生物载体的负载和释放行为探究。图片来源：Nano Letters
他们进一步借助PDA涂层将Ab2成功修饰在大肠杆菌生物载体表面，实现了载体的靶向功能化。如图3所示，制备的EcHER2可用于对靶蛋白的电化学免疫分析。
图3. EcHER2用于HER2检测的可行性探究。图片来源：Nano Letters
与传统的基于微纳米载体的电化学免疫传感器相比，这种基于EcHER2的split-type分析策略具有以下优点。（1）通过利用天然细菌作为合成模板，EcHER2的制备过程简单，安全性高，绿色环保，具有大规模应用的潜力。（2）EcHER2实现了电活性分子和靶标识别分子的高效负载，在保证传感器灵敏度的同时简化了传感方案的设计。（3）免疫识别过程和电化学分析独立进行，避免了电极界面的生物干扰，使得检测更加高效可靠。
相关工作以“Engineered Escherichia coli as a Controlled-Release Biocarrier for Electrochemical Immunoassay”为题发表在Nano Letters（DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00184），博士研究生曾余静为论文第一作者，李根喜教授与现在合肥工业大学工作的李超副教授、以及现在南京医科大学第一附属医院工作的张媛媛副主任医师为论文的共同通讯作者。该项工作得到了中央高校基本科研基金的支持。