创新PR-SPQC平台用于病原菌的广谱鉴定

细菌通过食物、空气和水等渠道迅速繁殖，给人类带来了细菌感染的风险。报告显示，这些感染每年造成约500万人死亡，死亡率超艾滋病和疟疾，预计到2050年死亡人数将超过1000万人。因此，迫切需要一种快速、精确和敏感的广谱致病菌定量检测方法。这无疑有助于在早期阶段诊断细菌感染。

NAAT过程释放大量质子

核酸扩增试验（NAAT）是分子生物学中常用的核酸信号扩增技术。与利用扩增的核酸序列来实现信号扩增相反，NAAT过程同时产生质子和焦磷酸盐离子。靶DNA的体积与释放的质子的数量直接相关，因此对靶定量特别有用。RCA放大技术以其热稳定性而著称，可以在室温下轻松进行此外，超支化滚圈放大（hyperbranched rolling circle amplification，HRCA）可以在短时间内有效释放质子。利用比色法和场效应管（FET）检测NAAT中的质子积累已经取得了一些进展，但是高背景信号和有限的化学和器件稳定性需要寻找更好的传感平台。

SPQC平台

系列压电石英晶体（series piezoelectric quartz crystal，SPQC）传感器是一种选择性响应电参数的新型压电器件。它将封装的PQC与检测电极串联到振荡电路中，从而克服了传统PQC传感器在液相物质检测中的稳定性缺点SPQC传感器以其高灵敏度、优异的重复性、易用性、价格实惠、快速响应和POCT兼容性而闻名，广泛应用于微生物传感器的开发。

创新PR-SPQC平台

在这项研究中，首先使用NCBI GenBank数据库筛选细菌16S rRNA保守区域内适合广谱细菌检测的序列片段，这些序列可以引发HRCA反应。为了提高SPQC传感器对质子的灵敏度，采用二维聚苯胺薄膜修饰SPQC传感器，建立了质子响应型SPQC（PR-SPQC）平台，用于广谱细菌检测。该技术因其简单、高灵敏度和快速而值得注意，在公共卫生和临床诊断方面具有广泛应用的前景。

广谱病原菌的鉴定

在该研究中，首先确定了7个靶点适用于需要区分人类和真菌遗传背景的场景。通过SPQC装置检测二维聚苯胺薄膜对HRCA的响应，将指数质子释放转化为电参数的可区分变化。PR-SPQC平台对大肠杆菌，金黄色葡萄球菌和肠炎沙门氏菌的检出限分别为4、5和2 CFU/ml。而对白色念珠菌、光念珠菌、酿酒酵母菌、人源性HEK-293细胞等真菌无明显反应。此外，该平台对患者血液临床样本中感染的定量检测具有出色的特异性和敏感性。

Figure 1. Construction Mechanism of the PR-SPQC Sensing Platform

关键发现

• SPQC和二维聚苯胺修饰的丝网印刷电极的集成提供了一种低成本的检测系统，具有优异的质子响应灵敏度和选择性。

• 该研究确定的7个靶点适用于需要区分人类和真菌遗传背景的场景，这一结果有可能推动核酸杂交和生物传感器技术的发展。

研究前景

PR-SPQC平台为POCT应对临床诊断和公共卫生管理至关重要的广谱病原体提供了新的可能性。

参考来源：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c00437