不用跑检验科！手机 + 水凝胶就能查尿路感染，2 小时锁定病情

尿路感染是全球高发的感染性疾病，每年影响约 1.5 亿人，医疗支出超 16 亿美元。传统诊断中，尿液细菌培养需 2-3 天且易误诊，现有比色传感技术虽更快，但患者尿液颜色差异会严重干扰检测准确性，而离心稀释、固相萃取等预处理方法又依赖专业设备，难以满足现场检测需求。

针对这一痛点，研究团队创新研发出 SA-PVA-PAC（SPP）活性炭复合水凝胶微球，用于尿液预处理。该水凝胶以海藻酸钠（SA）和聚乙烯醇（PVA）为载体，嵌入粉末活性炭（PAC），形成双网络结构 ——SA 与钙离子形成 “蛋盒” 状物理交联，PVA 与硼酸发生共价交联，既解决了活性炭在溶液中难固定、易团聚的问题，又通过 PAC 的高吸附性高效去除尿胆原、尿胆素等色素。实验显示，SPP 水凝胶的尿液脱色率达 90.29%，显著优于单一 SA（39.74%）、SA/PVA（44.96%）等材料，且对目标检测物（亚硝酸盐、白细胞酯酶 LE、大肠杆菌）的保留率超 80%，确保后续检测不受影响。

图 1：展示以 SA、PVA 为载体，混入 PAC 后经 CaCl₂/H₃BO₃交联形成 SPP 水凝胶微球，进而对尿液中尿色素（Urochrome）进行脱色的完整流程。

在检测系统构建上，团队将 SPP 预处理与自主研发的智能手机微孔板分析仪及 “UTI Detection” APP 结合，实现三大指标的定量检测。亚硝酸盐检测基于格里斯反应生成红色偶氮化合物，LE 通过水解底物与重氮盐反应显色，细菌则利用 CCK-8 法检测脱氢酶活性，三者均通过水凝胶缓释体系稳定显色。经优化，该系统的检测限分别为亚硝酸盐 0.0584mg/L、LE 0.0775 Leu/μL、大肠杆菌 2.94 CFU/mL，远超临床常用的 Sysmex UC-3500 自动尿液分析仪（亚硝酸盐 0.6mg/L、LE 10 Leu/μL、细菌 1000 CFU/mL），且细菌检测时间缩短至 2 小时，大幅提升早期诊断效率。

图 2：对比脱色前后三种目标物质在不同浓度下的吸光度，验证 SPP 水凝胶对目标物质的保留效果（保留率≥80%）。

为验证实用性，团队对 147 份临床尿液样本进行检测，结果与医院标准设备的一致性极高：亚硝酸盐、LE、大肠杆菌的 ROC 曲线下面积（AUC）分别达 0.96、0.98、0.93，灵敏度 88.3%-100%，特异性 87.5%-91.4%。同时，该系统抗干扰能力强，葡萄糖、血红蛋白、尿素等尿液常见成分均不会影响检测结果；水凝胶封装还能延长试剂稳定性，4℃避光储存时，亚硝酸盐检测凝胶可稳定 25 天，LE 和大肠杆菌检测凝胶分别稳定 35 天、30 天，且批间变异系数均小于 8%，重复性良好。

图 3：给出三种物质的浓度 - chromaticity 值标准曲线（R² 均≥0.992），并附带不同浓度下的显色图像，明确检测线性范围。

更值得关注的是，该方案成本极低 —— 单次亚硝酸盐、LE、细菌检测的水凝胶制备成本分别仅 0.014 元、0.059 元、1.6 元，无需大型仪器，患者在家中即可完成样本预处理和检测，通过手机 APP 获取定量结果，助力及时用药和病情监测，对减少抗生素滥用、降低重症风险具有重要意义。

图 4：含三种物质的 ROC 曲线（AUC≥0.93）、Bland-Altman 一致性分析及阳性 / 阴性样本分布，验证临床适用性。

研究团队表示，该系统不仅为尿路感染诊断提供了快速、精准、低成本的新工具，其水凝胶预处理思路还可拓展至其他体液检测领域，为基层医疗和居家健康监测技术发展提供参考。目前，相关技术已在支持信息中提供检测视频，后续有望进一步开发成便捷试剂盒，服务更多资源有限地区。

参考文献：Gao Y, Li H, Li X. Intelligent Multi-Index Urine Detection Using Colorimetric Hydrogel for Integrated Urinary Tract Infections Diagnosis[J]. Analytica Chimica Acta, 2025: 344729.