双模自供电生物传感器：0.33 fM超灵敏检测腐蚀菌，助力海洋设施防护

引言：微生物腐蚀的“隐形杀手”与检测新突破

在海洋工程、油气管道和船舶设施中，金属腐蚀一直是令人头疼的问题。而鲜为人知的是，约70%-80%的海洋材料腐蚀竟由微生物引起，其中硫酸盐还原菌（SRB）是“罪魁祸首”之一。这类细菌通过代谢产生硫化氢，加速金属腐蚀，导致设备泄漏甚至灾难性事故。然而，传统检测方法如PCR、免疫分析等存在灵敏度低、操作复杂、依赖外部电源等局限。

近日，中国科学院海洋研究所团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表最新成果，研发出一种基于纳米酶的双模自供电DNA生物传感器，可在无需外接电源的条件下，实现SRB基因的0.33 fM级超灵敏检测，为微生物腐蚀的早期预警提供了革命性工具！

技术原理：双模协同，自供电如何实现？

该传感器的核心创新在于将电化学检测与比色检测结合，并利用纳米酶实现自供电，具体原理如下：

1、纳米酶驱动“微型发电站”

AuNPs/Cu-TCPP(Fe)复合材料作为电极基底，兼具金纳米颗粒（AuNPs）的类葡萄糖氧化酶活性和二维金属有机框架（MOF）的高比表面积，可高效催化葡萄糖氧化反应，产生电能。

目标SRB的DsrA基因片段与DNA纳米环结合后，触发电极表面亚甲蓝（MB）的吸附量变化，进而改变电路电压信号（电化学模式）和溶液颜色（比色模式）。

2、双模互验，精准抗干扰

电化学模式通过测量开路电压变化，检测限低至0.33 fM。

比色模式借助智能手机分析溶液RGB蓝色值，检测限达0.41 fM。双模式独立运行，可相互验证结果，显著提升准确性。

创新亮点：为何比传统技术更胜一筹？

自供电设计：无需外接电源，适用于野外或复杂工业环境。

超低检测限：比传统PCR灵敏度提升千倍，甚至可识别单个基因拷贝。

抗干扰性强：双模设计有效规避环境噪声，实际样本测试回收率达95%-107%。

快速便携：电极制备流程优化后，检测时间可缩短至2小时内。

研究团队通过真实海水样本测试证实，该传感器可精准检测SRB基因片段，与qPCR结果高度一致（图1），且稳定性长达14天以上，为长期监测奠定基础。

应用前景：从海洋防腐到临床诊断的无限可能

1、海洋工程与工业防护

实时监测海底管道、船舶涂层下的SRB活性，预防突发腐蚀事故。

结合物联网技术，构建智能腐蚀预警系统，降低维护成本。

2、环境监测与生态保护

快速评估土壤、水体中SRB污染，助力生态修复。

扩展至其他腐蚀微生物（如产酸菌）检测，覆盖更广场景。

3、医学诊断新思路

改造传感器识别病原体基因（如幽门螺杆菌），推动便携式诊断设备发展。

结语：小传感器，大未来

纳米技术与生物传感的融合，正为微生物检测开启全新维度。这项研究不仅为海洋设施防护提供了利器，更启示我们：自供电、多模协同的设计理念，或将成为下一代生物传感器的标配。未来，随着材料科学和微流控技术的进步，这类“微型实验室”有望走进油田、医院甚至家庭，守护人类生产与生活的安全底线。

Scheme 1. （A）DNA 纳米环的建立过程；（B）阳极和阴极的建立过程；（C）双模自供电生物传感器的示意图。

图 1. Cu-TCPP(Fe)（A）、AuNPs（B）和 AuNPs/Cu-TCPP(Fe)（C）的 TEM 图像；（D）AuNPs/Cu-TCPP(Fe)的 Au、Cu 和 C 元素的 EDX 映射图像；（E）Cu-TCPP(Fe)和 AuNPs/Cu-TCPP(Fe)的 XRD 图谱；（F）Cu-TCPP(Fe)和 AuNPs/Cu-TCPP(Fe)的 FT-IR；（G）Cu-TCPP(Fe)和 AuNPs/Cu-TCPP(Fe)的 UV–vis 吸收光谱；（H）Cu-TCPP(Fe)和 AuNPs/Cu-TCPP(Fe)的 XPS 全谱；（I）AuNPs/Cu-TCPP(Fe)的 Au 4f 区域的高分辨率 XPS 谱图。

原文链接： https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117177