人口的快速流动加剧了病原体的传播与感染，给全球医疗系统和经济带来了沉重负担。尽管在细菌检测领域已有不少进展，但当前的检测策略仍高度依赖专业仪器或对细菌样本进行复杂处理，难以满足快速、便捷检测的实际需求。受肺部纤毛及其表面黏液的启发，研究人员开发出一种以纳米酶为核心的水凝胶网络，并将其整合到纳米线中，以实现对细菌的全面裂解与检测，为解决现有检测方法的局限性提供了新思路。

该研究的核心是纳米酶（Cu₂O）引发和交联的水凝胶（NICH），其设计灵感来源于肺部纤毛及表面黏液 ——ZnO 纳米线模拟刚性纤毛，凭借机械力穿透细菌，而水凝胶则模仿黏液的黏附特性，快速捕获病原体，同时吸收并限制裂解物，便于后续检测。Cu₂O纳米酶在此过程中兼具多功能引发剂和交联剂的作用，通过一步凝胶化过程解决了纳米酶颗粒的聚集问题，并提高了比色检测的灵敏度。具体而言，Cu₂O催化丙烯酰胺单体聚合形成水凝胶骨架，壳聚糖与Cu₂O纳米颗粒形成配位键，实现纳米酶的均匀包裹，这种结构让水凝胶能可控地组装在 ZnO 纳米线上，形成高效的细菌捕获、裂解和检测平台。

图 1 ：NICH 及其组装到纳米线上的示意图，模拟肺纤毛和黏液特性，展示细菌裂解与检测过程。

图 2 ：展示 NICH 的形成，含 Cu₂O 纳米颗粒图像、水凝胶前后照片及相关性能曲线。

实验数据显示，该平台性能优异：经亲水修饰的 ZnO 纳米线对大肠杆菌和铜绿假单胞菌的杀菌率可达 100%，且在熔喷布上的抗菌效果能维持 14 天，有望延长口罩等防护用品的使用寿命；水凝胶与纳米线的协同作用显著提升了杀菌效率，其中 25μL 水凝胶前驱体制备的平台（NICHN 25）对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭时间分别仅为 1.6 分钟和 2.6 分钟，远快于单独使用纳米线或水凝胶的效果。

图 3 ：说明 Cu₂O 制备水凝胶的机制与优化，含反应方程、光谱及性能数据。

图 4 ：展示 ZnO 纳米线结构、杀菌效果及在熔喷布上的长期抗菌应用。

在检测方面，该平台通过检测细菌裂解释放的谷胱甘肽（GSH）实现比色分析，对 GSH 的检测限低至 0.85μM，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的检测限分别为 4.1×10⁴ CFU 和 7.1×10⁶ CFU，且不受半胱氨酸、牛血清白蛋白等干扰物质影响。此外，该平台适配柔性基底，如经修饰的滤纸，虽灵敏度略有下降但成本更低，还可与智能手机 APP 结合实现快速读数，无需大型仪器。值得注意的是，硅纳米线也可作为替代基底，凭借良好的导电性和可修饰性，为构建复杂传感器系统提供可能。

图 5 ：展示 NICH - 纳米线平台的杀菌性能，含细菌裂解过程、杀菌时间及剪切强度。

这种集成平台实现了细菌消毒、裂解与检测的一体化，且制备简便、适配多种基底，为资源有限地区的家庭病原体自测提供了安全、便捷的解决方案，有望在公共卫生监测中发挥重要作用。

参考文献：Tan Z, Wang X, Wang Z, et al. Mucociliary Clearance Inspired Nanozyme‐centric Hydrogel Composites for Integrated Bacterial Detection[J]. Advanced Science, 2025: e03809.