王灿教授团队开发针对呼吸道病原微生物的快速检测技术

有望让新冠筛查像酒驾筛查一样便捷

王灿教授团队开发针对呼吸道病原微生物的快速检测技术

结核病（TB）是一种通过呼吸道传播的传染病，主要由病原微生物结核分枝杆菌(MTB)进行人际传播，具有高发病率和高死亡率的特点。世界卫生组织WHO发布的《2020年全球结核病报告》显示，全球约四分之一的人口感染过MTB，在2019年有141万人死于TB。然而，传统的MTB检测方法大多复杂、耗时、灵敏度低、需要复杂的设备和较高的操作要求，难以满足快速筛查的需求。

近日，天津大学王灿教授团队开发了一种新型的硅纳米线场效应管（SiNW-FET）生物传感器，用于快速、灵敏地检测MTB。选择MTB的典型标志物Ag85B蛋白质作为待测靶标，对生物传感器的表面功能化参数进行了探索和优化，获得最佳的操作条件。SiNW-FET生物传感器具有良好的灵敏度、重现性及稳定性，对MTB Ag85B蛋白的检测限为0.01 fg/mL，并且在1 fg/mL-100µg/mL范围内电流信号与蛋白质浓度的增加呈线性关系，可初步用于定量检测，整个测试周期最快只需30秒即可完成。

在此基础上，使用临床样本对生物传感器的性能进行进一步测试。使用NALC-NaOH法对TB患者痰液进行标准预处理，可以在五个稀释梯度范围内检测到信号并呈线性趋势。相应的样本使用常规检测方法BECTEC MGIT 960自动培养系统及ELISA验证无显著性差异，然而自动培养系统需要至少15天的培养，ELISA需要5h的测试时间并且检测浓度范围很小。更重要的是，这种方法直接使用未预处理的痰液检测并实现了健康人与TB患者的良好区分，这大大缩短了TB检测时间(考虑到痰液稀释，仅为2-5 min)。与其他方法相比，SiNW-FET生物传感器可以在更短的时间内检测出更宽浓度范围的MTB。这种技术为TB患者的快速筛查提出了一种新的思路和方法。

王灿教授团队现在正在构建一个全自动检测系统，将传感器完全集成化，呼吸道病原微生物的检测有望像酒驾筛查一样便捷。通过不同生物材料的功能化，该类型的生物传感器也可用于其他传染性疾病，比如新冠的初步筛查。

图1 TB快速筛查流程图

图2 不同生物技术检测MTB Ag85B效果的比较

该成果于2021年9月2日以“Rapid and Sensitive Detection of Mycobacterium tuberculosis by an Enhanced Nanobiosensor”为题在线发表在期刊ACS SENSORS（影响因子7.771）上，天津大学硕士生马金标为第一作者，王灿教授、军事科学院谢新武高工、中科院李铁研究员、清华大学周小红副教授为共同通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金（51678402）、天津市新冠疫情应急专项（20ZXGBSY00100）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acssensors.1c01227

（撰稿人：马金标；编辑：潘爽）