综述结论
本文系统综述了基于噬菌体的生物传感器在食源性病原体检测领域的研究进展，重点关注触发识别事件的细菌表面受体、间接检测标志物类型、信号扩增策略及相关生物传感系统。基于噬菌体的生物传感器利用其固有的宿主特异性和基因工程可塑性，可检测包括细菌表面受体、内源酶、ATP、基因组DNA和子代噬菌体在内的多种检测靶标与标志物。此外，与传统生物传感元件相比，基于噬菌体的生物传感器凭借其独特的活菌识别能力、低成本制备、环境稳定性和可工程化表面修饰等优势，展现出增强的生物传感性能。因此，噬菌体已被广泛用作生物传感器中的识别元件来检测各种目标细菌。为提高检测灵敏度，本文系统介绍了多种信号扩增策略，包括结合磁性纳米材料、光学材料、电化学活性物质及核酸扩增技术。本综述中，具有多种信号输出模式的噬菌体生物传感器在食品安全分析中显示出显著的即时检测潜力，其特异性识别活菌、快速响应和低成本等优势为食源性病原体检测提供了高效工具。然而，考虑到在复杂食品基质中的应用，当前基于噬菌体的生物传感器仍面临挑战并需要进一步改进。
（1）噬菌体识别特异性与检测广谱性的平衡
噬菌体在识别宿主细菌方面表现出高度特异性。这一特性使其能够精准靶向宿主细菌，显著降低假阳性率，实现高效检测。然而，天然噬菌体通常仅识别特定菌株，对同源菌株和变异株的检测能力有限，这严重制约了其实际应用。在复杂食品样本中，目标病原体常呈现多种血清型或基因变异特征，单一噬菌体难以全面覆盖同种病原体的所有亚型。为突破这一技术瓶颈，未来研究应优先发展基于多噬菌体的协同检测系统。这可通过分析目标病原体主要流行血清型的基因组来实现，据此筛选覆盖关键受体结合域的噬菌体，并进行系统性组合。噬菌体的特异性可通过两种主要策略进行主动改造：利用噬菌体展示技术对尾纤维蛋白进行定向进化，或借助基于CRISPR的基因编辑工具精确修饰其宿主识别模块。对这些噬菌体的改造不仅仅是为了扩大检测覆盖范围，更是为了开发靶向保守受体的广谱噬菌体铺平道路。多噬菌体协同与噬菌体工程改造的有效结合，有望实现复杂样本中多种病原体的同时识别。
（2）多重检测技术的挑战与突破
多重检测对于应对食品安全中多种病原体共存的复杂威胁至关重要。虽然基于噬菌体生物传感器的单一细菌检测研究已相对成熟，但实现对多种病原体的同时、快速、准确的多重检测仍是一项重大挑战。噬菌体作为天然病毒具有固有的宿主特异性，这保证了单一病原体检测的准确性。然而，这种特异性却构成了多重检测的根本性技术瓶颈。要实现多重检测，需要将多种噬菌体以稳定、高效且无干扰的方式集成在同一平台上。然而，不同噬菌体生长需求的差异、多重检测中有限结合位点的潜在竞争以及感染动力学的变化，都可能导致灵敏度和准确性的降低。此外，将靶向不同病原体的多种噬菌体集成在同一平台易引起信号串扰，而传统的信号输出方法无法有效区分复杂样本基质中的多个靶标。在实际食品样本中，基质成分可能非特异性吸附到传感界面或遮蔽识别位点，这些干扰显著削弱探针与目标细菌的结合效率，同时增加背景噪声，从而影响多重检测的信噪比和可靠性。未来研究应优先考虑开发具有宽宿主谱的工程噬菌体等关键方向，同时探索基于噬菌体蛋白的替代识别元件以提高兼容性。整合微流控芯片和信号编码等新兴技术也是关键的前进路径。例如，可利用噬菌体展示技术筛选高亲和力、高特异性的小分子肽或纳米抗体，然后将其作为标准化识别元件，替代天然噬菌体，实现灵活的“单平台多探针”组合。通过微纳加工技术在单一微流控芯片上制备隔离的微反应室，将针对不同靶标的噬菌体或识别元件分别固定在这些独立腔室内，这种设计能够实现高通量、并行的多重检测。这些努力将推动基于噬菌体的生物传感器从单一靶标检测向实用高效的多重检测系统转变。
（3）信号转换技术的灵敏度瓶颈与创新
信号转换技术的灵敏度是制约噬菌体生物传感器性能提升的关键瓶颈。目前常用的信号转换技术普遍灵敏度不足，难以满足痕量检测的要求。传统光学方法受限于检测仪器分辨率和背景噪声，而电化学方法虽灵敏度高，却易受样本基质干扰，两者在痕量靶标的准确检测方面均面临挑战。为克服这一局限，研究者开发了众多新型信号扩增策略，这些方法或利用纳米材料与生物催化的协同效应，或采用核酸介导的级联扩增实现信号的指数级增强。然而，现有技术在实现单细菌级别的高灵敏度检测方面仍面临挑战。超灵敏检测仍是噬菌体生物传感器发展中亟待解决的关键难题。未来研究将通过多技术融合策略提升噬菌体生物传感器的检测灵敏度：一方面通过噬菌体展示或定向进化获取高亲和力配体以提升识别性能；另一方面将纳米材料与核酸扩增技术结合进行信号增强，并利用微加工技术实现系统微型化与集成化，从而助力复杂样本无需前处理的快速高灵敏检测，最终实现单分子水平检测。
（4）噬菌体-细菌相互作用的动态特性对检测稳定性的影响
噬菌体与细菌的相互作用包含吸附、注入、增殖和释放四个阶段，该过程易受环境因素及细菌自身生理状态的影响。在食品样本检测中，复杂基质可能破坏噬菌体及其蛋白结构的完整性，进而干扰其与目标细菌的特异性结合。现有检测技术难以实时捕捉这些动态变化，导致检测信号波动显著且重复性差。为提升检测稳定性，未来研究应聚焦以下关键策略：首先，整合纳米孔测序技术，通过捕获噬菌体基因组序列并监测各阶段特征电信号变化，实现感染过程的动态追踪；其次，应用人工智能算法分析所获数据，预测最终检测信号强度（如裂解释放的噬菌体数量）。通过AI模型模拟，确定获取最强且最稳定信号所需的最佳检测时间，从而避免因过早或过晚读取结果导致的信号波动和假阴性；最后，针对复杂食品基质中噬菌体失活的问题，应开发纳米封装等先进固定化技术以提高噬菌体的环境耐受性并保持其生物活性。例如，利用惰性致密纳米材料形成物理屏障，有效隔离抑制噬菌体-细菌感染过程的食品组分，使噬菌体在复杂食品样本中保持其感染活性。
