超分子‘神操作’，微生物快速检测没难度！

由于当前医疗保健行业的需求不断增加，感应病原微生物非常重要，传统微生物检测技术（如PCR、培养法）存在耗时长、假阳性率高、操作复杂等问题，而超分子传感器凭借其快速响应、高特异性和低成本等优势，成为病原体检测领域的研究热点。近年来，超分子材料（如聚合物共轭探针）与纳米技术、微流控芯片及人工智能的结合，进一步推动了微生物快速检测技术的发展。

2025年2月21日，来自以色列耶路撒冷希伯来大学生命科学研究所生物化学系的Hiya Lahiri及其他的团队在发表了题为“Sensing Microorganisms Using Rapid Detection Methods: Supramolecular Approaches”的综述性论文，该论文总结了微生物快速传感的超分子策略，并对超分子化学的最新进展及其与其他科学学科的整合如何产生了最先进的微生物传感传感平台进行了概念性讨论。

图 1. 文献基本信息

超分子探针在感应生物分子方面非常有效。在自然界中，蛋白质与底物的结合是几种生物相互作用的关键条件。研究人员从自然界中受到启发并设计了几种带有肽和聚合物的传感探针并用于生物分子的检测。

利用超分子探针（如聚合物、肽、荧光分子）特异性识别微生物表面标志物（如脂多糖、肽聚糖、病毒包膜蛋白）比如用荧光探针可快速有效地检测致病样品，其原理是使用适当的生物标志物标记探针，该生物标志物可以快速靶向病原体表面或成分。比如药物万古霉素（Van）可靶向G+菌脂II的（D）Ala-（D）Ala部分; Oosten等人基于此原理，用 Van 标记荧光团可能是成像和检测细菌菌株，标记了一种具有775 nm吸收和792 nm发射值的红外发射染料800CW，这可用于小鼠肌炎模型和人类死后植入模型中细菌感染的实时成像。

图 2. 万古霉素偶联染料的结构与用染料-抗生素偶联物的检测方式

而另一种检测方法-无标记检测方法，可以在不篡改病原体天然状态的情况下检测病原体。因此可检测处于最纯净状态的分析物样品。此类分析所涉及的方法非常灵敏和精确。如针对铁依赖型生物膜的空肠弯曲杆菌，可设计铁离子响应型探针，通过检测铁介导的氧化应激标志物（如ROS）或胞外多糖。

图 3. 无标记方法的应用

同时还有很多技术整合的方法，如荧光传感AIEgens（可通过荧光信号变化实时检测生物膜形成；金纳米颗粒（AuNPs）或磁性纳米粒子（如Fe₃O₄）可结合超分子探针，通过表面增强拉曼（SERS）或电化学信号放大检测限。  微流控芯片（LOC）：集成超分子传感器，实现生鸡肉等复杂样本中空肠弯曲杆菌的快速（<1小时）、自动化检测与人工智能。

图 4. 技术整合方法的应用

超分子传感器在微生物检测中展现出显著优势：快速性，检测时间可缩短至数分钟至2小时；高灵敏度：部分技术检测限低至1 CFU/mL（如纳米材料共轭探针）与多场景适用性：从临床样本到食品污染均可覆盖。未来稳健的超分子化学进展及其设备集成很有可能会在诊所中用基于智能设备的平台取代耗时的技术。 

文献链接：https://doi.org/10.3390/bios15030130