把细菌毒素变成电信号：面向铜绿假单胞菌早筛的吡咯氰电化学检测

原创

来源：邹晶晶

2026-01-29 15:43:42

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核心提示：把“蓝色毒力因子”变成可读电信号。研究利用共聚导电膜与金纳米颗粒协同增强的一次性屏印电极，实现吡咯氰的无酶直接定量检测，为铜绿假单胞菌相关感染的快速识别提供可规模化检测方案。

铜绿假单胞菌是一类常见的革兰阴性条件致病菌，可引起创面、血流、呼吸道和泌尿道等多种感染，在免疫功能低下者及ICU住院患者中尤其容易造成严重甚至致死的院内感染；在囊性纤维化患者肺部还易形成致密生物膜，使细菌对宿主免疫细胞和抗菌治疗更具抵抗性。由于其多重耐药特征，该菌已被WHO列为ESKAPE病原之一，提示其具备“逃逸”抗生素治疗的公共卫生风险。该菌的致病与耐药性与多种毒力因子分泌密切相关，其中吡咯氰是一种具有氧化还原活性的蓝色酚嗪类色素，可抑制细胞呼吸、破坏纤毛功能并导致肺损伤，因此具备作为早期感染生物标志物的可行性。然而，临床诊断仍以培养鉴定为主，往往耗时且依赖专业人员；PCR、光谱和色谱等技术虽可加速识别，却常因成本高、设备与经验依赖强而难以普及，因此亟需更快速、灵敏且经济的早期检测手段。吡咯氰的电化学氧化还原特性为快速检测提供了天然信号源，可通过多种伏安法实现更早期的诊断线索。但既往电化学传感研究仍存在成本高、稳定性不足等痛点，且引入适配体或酶等中间分子会增加制备步骤并带来稳定性波动，限制了其进一步应用。基于此，本研究提出了一个非酶、步骤更简、可规模化的屏印电极平台，用导电共聚物膜提供可调界面与活性位点，再叠加金纳米颗粒提升电子传递和有效表面积，从而把吡咯氰信号做强、做稳，继而为铜绿假单胞菌感染的早期筛查与临床样本快速检测奠定基础。

（1）此平台具备面向真实样本中目标病原相关标志物的实用识别能力。

如图1所示，改性电极在铜绿假单胞菌培养液中出现明确的吡咯氰特征DPV响应，并且可随培养时间延长反映吡咯氰产量增加,而在金黄色葡萄球菌与大肠杆菌培养液中仅见背景电流级响应，无明显吡咯氰氧化峰；同时，抗坏血酸、乙酰水杨酸、葡萄糖与尿酸等常见共存分子在吡咯氰峰位处仅引起可忽略的电流响应变化。如图2所示，大肠杆菌/金黄色葡萄球菌的细菌代谢物对吡咯氰的检测干扰影响也很小，仅出现轻微峰位偏移与低水平正干扰，总体仍保持对吡咯氰信号的可判别性。

（2）真实样本检测性能表征

首先，通过比较紫外分光法对培养物提取的吡咯氰进行独立定量，并建立标准曲线用于交叉验证，电化学测得结果与光谱定量结果量级相符，相对误差＜5%（图3），支持其用于真实样本分析的准确性。其次，从稳定性与重复性两方面验证了平台的可靠性（图4）：改性电极在储存与多日测试后对吡咯氰的响应衰减很小，第10天与第2天相比仍保持约96%的峰值信号，体现出良好的长期稳定性；同时，不同电极批次之间以及同一电极的重复测量结果波动有限（RSD处于较低水平），说明该电极制备一致性较好、测试重复性可靠，从而支撑其用于实际样本分析的可行性。最后，系统展示了该Poly(Aniline-co-Pyrrole)/Au-NP/SPCE平台的DPV定量能力：在低浓度与高浓度区间均呈现随吡咯氰浓度升高而单调增强的电流响应，合并校准曲线线性度优异（R²>0.998），并给出101.88 nM的检出限与339.59 nM的定量限（图5）。更重要的是，这一灵敏定量能力来自“共聚导电膜+金纳米颗粒”的界面协同放大，使得吡咯氰可在生理pH条件下实现直接电化学读出，无需引入酶或适配体等生物识别元件，为缩短从样本到结果的检测链条、并在一定程度上减少对培养步骤的依赖提供了方法学可能性。

总之，本研究首次将“苯胺-吡咯导电共聚物+过氧化+恒电位Au-NP”三步一体工艺引入屏印碳电极，实现了对吡咯氰的无酶、纳摩尔级快速检测，突破了传统需培养或生物识别元件的繁琐流程，为铜绿假单胞菌感染床旁筛查提供了可抛、廉价、易规模化的电化学平台；然而，该传感器目前仅针对纯培养与加标唾液验证了可行性，尚未在多中心临床样本、复杂创面渗出液或痰液中经受真实干扰谱考验，且过氧化步骤的批次一致性、Au-NP长期储存团聚风险以及一次性电极的环保回收问题仍待解决，后续工作可围绕“临床样本验证-绿色批量制备-微型化读出”开展系统优化，并结合微流控采样与数据算法，将电化学信号进一步转化为可解释的筛查指标。