由食源性病原菌引起的疾病是始终受到高度关注的主要全球公共卫生问题之一。快速准确区分食源性病原菌，有效防范病原菌对人体健康的危害，已成为食品安全保障的关键环节。碳点不仅具有良好的生物相容性、低毒性、高水稳定性和易于合成等特点，而且其可定制的表面官能团和优异的荧光特性赋予它们巨大的传感和检测潜力。此外，微流控系统具有样品需求量小、成本低、检测效率高、易集成等优点，将其与碳点基荧光探针相结合有利于实现食源性病原菌的即时检测（POCT）。
为了帮助研究人员更好地了解目前碳点基荧光探针在病原菌检测方面的应用，以及其与微流控系统的结合潜力，近期，华南理工大学王小英课题组详细介绍了基于碳点的病原菌检测方法，包括荧光探针的结构设计和病原菌检测机理，并介绍了碳点与微流控技术相结合的潜力。相关成果以“Carbon dots-based fluorescent probe for detection of foodborne pathogens and its potential with microfluidics”为题发表在《Food Chemistry》期刊上。
基于碳点的食源性病原菌检测
（1）碳点直接用于病原菌检测
碳点在病原菌检测方面显示出巨大的潜力，结合病原菌自身的性质，选择合适的前体，使制备的碳点的电荷、结构和官能团更适合与靶病原菌结合，是提高碳点识别性能的好方法。目前已有许多基于碳点与病原菌间的静电作用以及亲疏水相互作用的病原菌检测研究。此外，选用与病原菌有一定识别作用的前驱体制备碳点更有利于制备出识别性能良好的碳点基荧光探针。如以糖为前驱体制备的糖衍生碳点能够借助碳点表面的糖残基与病原菌表面凝集素之间的识别作用实现对病原菌的特异性检测。与病原菌细胞壁或细胞膜具有特殊相互作用的抗生素，也是构建用于病原菌检测的荧光探针的良好分子识别元件。抗生素衍生的碳点也对病原菌表现出良好的识别性能。
（2）基于碳点的免疫荧光传感器
研究人员还尝试用DNA、适配体和抗体作为识别元件构建荧光探针，这是生物传感器的关键组成部分，决定了检测的灵敏度和选择性。通过借助这些高性能识别元件与病原菌结合，有效提高了荧光探针的识别性能。由于抗体对抗原的特异性识别，通过将抗体固定在碳点表面制备的荧光探针对病原菌的识别具有优异的特异性和灵敏度。与抗体相比，适配体具有批次间差异小、生产成本低和易于修饰的优点。适配体能特异性识别致病菌，并与表面易修饰、荧光性能好的碳点结合，可构建具有良好特异性和优异检测限的荧光探针。
（3）响应模式和识别机制
当使用基于碳点的荧光探针检测病原菌时，有三种常见的响应模式：直接荧光标记，荧光猝灭（“ON-OFF”类型）和淬灭荧光的恢复（“ON-OFF-ON”反应）。基于碳点的荧光探针对病原菌的识别机制主要包括：（1）表面电荷相互作用；（2）亲疏水相互作用；（3）糖-凝集素相互作用；（4）抗生素和抗菌肽的识别；（5）抗体和适配体的识别；（6）病原菌代谢产物识别。
微流控在基于碳点的病原菌检测中的前景
微流控技术有可能将基于碳点的病原菌检测技术所需的所有功能集成到单个装置中，包括预处理、分离和检测。这一优势使得在短时间内以低成本获得测试结果成为可能，完全符合食品测试的POCT要求。微流控的结构和性能影响病原菌的分离和浓缩效率，以及检测过程的灵敏度和准确性。此外，碳点体积小，易于组装，并且与微流控系统高度契合。依靠微流控系统，碳点可以实现对包括病原菌在内的各种目标的灵敏和快速检测。
综上所述，碳点不仅可以输出稳定的荧光信号，还可以用作病原菌的识别元件。糖、抗生素等是良好的前体，由于这些前体在表面的残留，碳点可以保持对病原菌的结合亲和力。然而，碳化的高温在一定程度上破坏了前驱体的识别结构，导致亲和力减弱。因此，由后修饰碳点构建的荧光探针往往显示出更高的灵敏度和特异性。此外，为了应对复杂的检测环境和放大荧光信号，应用磁分离、比例荧光和基于荧光共振能量转移（FRET）的响应等策略，有效降低背景干扰，降低检测限。碳点与微流控的应用有望满足POCT的要求。微流控技术构建了一个优秀的检测平台，碳点可以利用这个平台来挖掘其病原菌检测的潜力。碳点体积小、易于改性和优异的荧光性能使其与微流控系统兼容。作为检测平台的微流控技术与作为检测工具的碳点相结合，在食源性病原体的检测中具有巨大的潜力。
