血流感染（BSI）是临床急危重症，可快速进展为脓毒症，全球脓毒症死亡率约 26.7%，重症监护室患者病死率超 40%。革兰氏阴性菌是血流感染最主要致病菌，每延迟 1 小时针对性治疗，死亡风险上升近 35%。快速、精准的病原检测是挽救患者生命的关键，但传统血培养耗时 1–3 天，常规 PCR 设备笨重、耗能高、扩增周期长，难以满足床旁快速诊断需求。

近期，青岛科技大学研究团队研发出基于还原氧化石墨烯 / 聚二甲基硅氧烷（rGO/PDMS）复合基材的 3D 光热微流控 PCR 芯片，实现全血样本中革兰氏阴性菌的超快速、高灵敏检测，全程仅需 40 分钟，为血流感染急危重症诊断提供全新技术方案。

图 1：展示全血细菌 DNA 提取及片上超快速 PCR 流程，呈现 3D 光热微流控芯片结构与温控原理。

研究团队针对传统光热 PCR 存在的加热不均、荧光猝灭、生物非特异性吸附、芯片制备复杂等痛点，创新性构建3D 光热加热微流控体系。芯片由纯 PDMS 顶层与 rGO/PDMS 复合底层键合而成，微通道与反应腔直接刻蚀在复合层内，近红外激光照射时 rGO 实现高效光–热转换，形成全域均匀的三维加热环境，彻底解决平面加热温度梯度大的难题。同时，rGO 被包埋在 PDMS 基体中，不与 PCR 反应液直接接触，避免荧光猝灭与酶吸附干扰，大幅提升扩增稳定性。

图 2：验证两步离心法可高效分离全血中细菌并去除血细胞，优化离心条件提升细菌回收率。

在样本前处理环节，团队开发多粘菌素 B 修饰磁珠（PMB@MBs）一步法核酸提取技术。多粘菌素 B 可特异性靶向革兰氏阴性菌外膜脂多糖，实现细菌裂解与 DNA 吸附同步完成，仅需两次简单离心，30 分钟内即可完成全血样本的核酸纯化，相比商用试剂盒流程更简、耗时更短。

图 3：证实多粘菌素 B 修饰磁珠制备成功，可一步完成革兰氏阴性菌裂解与 DNA 提取。

实验数据显示，该光热 PCR 系统性能优异：40 个 PCR 扩增循环仅需 5 分钟，95℃变性 1.3 秒、57℃退火 5.7 秒即可完成单轮循环，温控精度 ±0.1℃；全血样本检测下限低至10² CFU/mL，特异性强，仅对目标病原菌产生阳性信号。芯片集成 8 个独立反应腔，可实现多靶点并行检测，满足临床多重病原筛查需求。

图 4：分析 rGO/PDMS 复合材料光热特性，明确材料浓度、厚度等参数对加热效果的影响。

该系统突破了传统 PCR 的设备限制与速度瓶颈，无需大型热循环仪，依靠低功率近红外光源与被动散热即可完成超快速扩增，具备小型化、便携化、低功耗的优势，适配急诊、ICU、基层医疗机构等床旁检测场景。从全血样本处理到结果读取全程≤40 分钟，远快于传统方法，能为脓毒症患者争取宝贵救治时间。

研究团队表示，未来将进一步优化芯片集成度，把核酸提取、光热 PCR、CRISPR 检测等模块整合于单芯片，实现更高通量、更灵敏的全自动快速检测。这项技术不仅为血流感染病原诊断提供新策略，也为微流控核酸快速检测平台的开发提供了通用技术方案，在感染性疾病防控、食品安全检测等领域具有广阔应用前景。

参考文献：Zheng Y, Wang Y, Fu T, et al. 3D-Photothermal Ultrafast PCR via rGO/PDMS-Based Microfluidic Chip and Its Application in Rapid Identification of Gram-Negative Bacteria in Whole Blood[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2026.