新型便携式传感器实现耐药细菌超灵敏检测

当前，抗生素耐药细菌引发的感染已成为全球公共卫生重大威胁，预计 2050 年全球每年因耐药细菌死亡的人数将达千万，其中耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐碳青霉烯类铜绿假单胞菌和产 KPC-2 碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌是医院获得性感染的主要致病菌。传统检测方法存在操作复杂、耗时久、难以同步检测多种目标等问题，无法满足现场快速检测的需求，研发高效的多靶点耐药细菌检测技术迫在眉睫。

此次研发的 PSDA 传感器创新性整合了 DNA 激活剂触发的熵驱动催化、CRISPR/Cas12a 系统、3D 打印微流控芯片和智能手机读数系统，还采用绿色发光的 Zn₂GeO₄:Mn 长余辉纳米颗粒作为新型分子信标实现荧光增强。该传感器以靶标特异性 DNA 激活剂启动熵驱动动态 DNA 网络进行信号放大，通过适配体探针识别模块触发 EDC 循环扩增，激活 CRISPR/Cas12a 系统，将耐药细菌识别事件转化为荧光信号，实现非核酸靶标到荧光信号的正相关转换。同时，3D 打印的微流控芯片装置搭配智能手机 APP，可完成现场信号的采集与定量分析，整个检测过程仅需约 45 分钟。

图 1：直观呈现 PSDA 平台构建、ZGM@BHQ1 探针合成及结合微流控与手机完成多重耐药菌检测的全流程。

实验结果显示，PSDA 传感器能同步检测三种耐药细菌，检测动态范围达 1-10⁷ CFU/mL，检测限低至 1 CFU/mL，达到单菌分辨率，检测结果与传统平板计数法的一致性达 95.48%-115.15%。在牛奶、鸡蛋、肉类等食品样本和全血样本的实际检测中，该传感器的回收率为 93.24%-111.60%，且不受样本基质干扰，重复性和重现性良好，冻干试剂在 4℃下储存 28 天仍保持 92.54% 以上的活性。与实时荧光定量 PCR 相比，该传感器无需提取核酸，操作更简便、成本更低，单次检测成本仅 1.67 美元，远低于传统方法。

图 2：验证锁定激活剂的特异性，优化 DNA S2 长度，证实 EDC 循环对 CRISPR/Cas12a 的信号放大作用。

该传感器还具备便携、操作简单、试剂消耗量低等优势，不过目前仍存在缺乏集成化样本前处理模块、检测过程自动化程度不足等局限性。研究团队表示，未来将优化微流控芯片结构，集成片上样本前处理单元，开发自动化控制系统，并筛选更多适配体以拓展检测靶标范围，实现更多耐药细菌及其耐药基因的同步检测。

图 3：展示 ZGM@BHQ1 探针制备工艺，通过多种表征手段证实其成功合成与功能化修饰。

这款低成本、高灵敏度的便携式生物传感器，突破了传统耐药细菌检测技术的瓶颈，实现了复杂基质中多种耐药细菌的现场快速定量检测，为基层医疗机构和现场监测场景提供了实用的检测工具，也为多重耐药细菌检测技术的发展提供了新的思路和范式。

参考文献:Liu S, Ding Z, Lu X, et al. Deoxyribonucleic Acid Activator-Triggered Entropy-Driven Catalysis-Modulated CRISPR/Cas12a-Based Portable Biosensor for Simultaneous Detection of Multiple Pathogenic Bacteria[J]. ACS sensors, 2026