用DNA纳米球和微流控芯片快速检测多种细菌

细菌感染是全球范围内导致疾病和死亡的主要原因之一，常见病原体如金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌等可引发局部组织损伤和全身炎症反应，严重时导致多器官衰竭。然而，传统检测方法（如细菌培养、核酸检测）存在耗时长、操作复杂或仅能检测单一病原体等局限，难以满足临床快速诊断的需求。

本研究开发了一种基于DNA电致化学发光（ECL）纳米球、铈纳米颗粒（NanoCe）和微流控技术的均相ECL微流控阵列，用于快速同步检测多种细菌病原体。该系统的核心是自组装DNA纳米球，其内部负载四羧基苯基卟啉（TCPP）作为ECL发光体，表面修饰有细菌特异性适配体（“锁”结构）。当样本中存在目标细菌时，适配体与细菌结合（“钥匙”作用），引发DNA纳米球构象从“关闭”转为“打开”，释放TCPP并产生ECL信号。同时，NanoCe通过电催化反应促进过硫酸根离子生成更多活性自由基，显著增强ECL信号强度，将检测灵敏度提升至100菌落形成单位/毫升（CFU/ml）以下。

该系统与微流控芯片集成后，实现了样本加载、反应和检测的自动化。检测过程无需洗涤步骤，仅需45分钟即可完成多种细菌的同步定量分析。临床样本（尿液、血液、胸腹水等）检测结果显示，该方法对金黄色葡萄球菌、MRSA、铜绿假单胞菌和肺炎克雷伯菌的定量结果与数字聚合酶链式反应（数字PCR）高度一致，验证了其准确性和可靠性。

相比传统方法，该ECL微流控阵列具有检测速度快、操作简便、成本低等优势，无需专业设备即可在临床场景中应用，为细菌感染的快速诊断和精准治疗提供了高效工具，具有重要的床旁检测潜力。