基于智能手机的人工智能辅助比色生物传感器，用于可视化、快速和灵敏地检测病原细菌

前言：病原细菌的感染和污染对全球健康和经济稳定构成威胁。现有的细菌检测方法存在局限性，如培养法虽然被视为金标准，但不够敏感和高效；而基于生物分子识别的检测方法（如PCR和ELISA）虽然准确，但操作复杂、成本高。我们需要一种更加快速、灵敏的病原菌检测方法。

Rongwei Cui等研究人员开发了一种基于智能手机的人工智能辅助比色生物传感器，用于可视化、快速和灵敏地检测病原细菌，特别是通过测量细菌分泌的透明质酸酶（HAase）。该生物传感器由负载氯酚红-β-D-半乳糖苷（CPRG）的透明质酸（HA）水凝胶作为生物反应器，和负载β-半乳糖苷酶（β-gal）的琼脂水凝胶作为信号发生器。HAase降解生物反应器，随后决定CPRG的释放，CPRG可以与β-gal反应生成信号颜色，利用自开发的YOLOv5算法分析智能手机获取的信号颜色。该生物传感器的超低检测限（LoD）为10 CFU/mL，并能在60分钟内提供检测结果。

方案1：由HA水凝胶生物反应器和琼脂水凝胶信号发生器组成的基于AI辅助的基于智能手机的比色生物传感器的图示。（a） 细菌类型和浓度的比色检测示意图，其中插图说明了生物反应器和信号发生器的制备。（b）使用YOLOv5算法获取和分析检测结果。

此外，Rongwei Cui等对该生物感应器进行了应用研究，结果如下：

1.检测活细菌：

制备了不同比例（100%-20%）的活体和死体细菌溶液，用于检测。结果表明，生物传感器能够正确检测出混合样本中活体细菌的比例。

2.检测食品样本中的细菌：

将不同浓度的细菌溶液污染蓝莓，然后使用生物传感器进行检测。结果显示，生物传感器能够检测到蓝莓上的细菌污染，并且检测到的细菌浓度与培养方法的结果一致。

3.抗菌药物敏感性测试（AST）：

将不同浓度的抗生素溶液与典型细菌共培养，然后使用生物传感器检测剩余活细菌。结果显示，生物传感器在评估细菌对抗生素的敏感性方面具有高准确性，与稀释法的结果一致。

4.评估临床样本中的细菌感染：

收集了12个脓肿样本，并使用生物传感器及YOLOv5算法进行分析。与培养和临床诊断结果相比，生物传感器显示出100%的敏感性和特异性。

总结：Rongwei Cui等研究人员开发的生物传感器在检测病原细菌方面表现出色，具有快速、灵敏、易于操作的特点，并能够区分不同类型的细菌。它有望在广泛的生物医学领域中得到应用。

参考文献：

[1]Rongwei Cui, Huijing Tang, Qing Huang, Tingsong Ye, Jiyang Chen, Yinshen Huang, Chongchao Hou, Sihua Wang, Sami Ramadan, Bing Li, Yunsheng Xu, Lizhou Xu, Danyang Li.AI-assisted smartphone-based colorimetric biosensor for visualized, rapid and sensitive detection of pathogenic bacteria[J].Biosensors & bioelectronics,2024,Vol.259: 116369