基于纳米线阵列芯片温控富集和纳米金比色法的高灵敏度病原细菌快速检测

Bacterial infections constitute one of the greatest global challenges facing public health care today. Due to the complicated operation procedure, long detection time, and low sensitivity of conventional detection approaches, it is extremely important to develop simple and highly sensitive strategies for rapid pathogetic bacterial detection. In the field of biochemical sensing, target separation and enrichment are common processes to improve the detection sensitivity. Utilizing the strong ability of nanowire array for highly effective bacterial capture, and great potential of gold nanoparticle-based colorimetric assay for rapid and naked-eye bacterial sensing, here we propose an integrated strategy for rapid bacterial detection with high sensitivity and selectivity, by combining a thermoresponsive microfluidic chip of nanowire array and the click reaction-assisted nanogold colorimetric assay. The thermoresponsive microfluidic chip of nanowire array can selectively capture and enrich pathogetic bacterial from samples with high efficiency, and further achieve on-demand bacteria release by controlling the temperature. After release, enriched pathogetic bacteria then can quickly reduce copper ion, induce the aggregation of azide- and alkyne-functionalized gold nanoparticles, and finally make the click reaction-assisted colorimetric assay happen, from which we can achieve rapid bacterial detection with high sensitivity and selectivity. Our integrated bacterial detection strategy overcomes drawbacks of conventional detection methods，and offers a new approach for early diagnosis of pathogetic bacterial infections in clinical settings.

由病原细菌引起的感染疾病是当今危害人类身体健康的重要因素。由于传统检测方法操作繁琐、检测周期长、灵敏度低，因此建立简便、高灵敏度的病原细菌快速检测技术极为重要。在生化分析领域，对靶标物质的分离富集是提高其检测灵敏度的常用方法。因此，基于纳米线阵列高效的细菌捕获能力和纳米金比色法操作简便、快速、结果肉眼可见的优点，我们提出一方面通过构建纳米线阵列温控富集微流控芯片，实现对病原细菌的高效富集及温控释放；另一方面利用细菌独特的氧化还原性质，通过细菌还原Cu2+引发点击反应的手段，建立点击反应辅助的病原细菌纳米金比色检测策略，从而实现对富集病原细菌的高特异性快速分析检测。基于纳米线阵列温控富集芯片，及结合点击反应辅助的纳米金比色检测策略，本项目提出了一种高灵敏度、高特异性的病原细菌快速分析检测技术。该技术克服了传统病原细菌检测方法的弊端，有望为临床病原细菌感染的早期诊断提供一种新策略。

由病原细菌引起的感染疾病是当今危害人类身体健康的重要因素。由于传统检测方法操作繁琐、检测周期长、灵敏度低，因此建立简便、高灵敏度的病原细菌快速检测技术极为重要。在生化分析领域，对靶标物质的分离富集是提高其检测灵敏度的常用方法。因此，在本项目中，我们利用前期发现的纳米线阵列高效的细菌捕获能力，首先构建了纳米线阵列温控富集微流控芯片，成功实现了对大批量样本中病原细菌的高效分离富集和温控释放。接下来，我们充分利用细菌独特的氧化还原性质，通过细菌还原Cu2+引发点击反应的手段，成功发展了点击反应辅助的病原细菌纳米金比色检测策略，实现了对富集病原细菌的高特异性快速可视化检测。基于纳米线阵列温控富集芯片，及结合点击反应辅助的纳米金比色检测策略，本项目建立了一种高灵敏度、高特异性的病原细菌现场快速分析检测技术，并将此技术成功用于实际样品的分析检测，显示出了广阔的应用前景。该技术充分利用了纳米线阵列高效的细菌捕获能力，同时结合了纳米金比色法操作简便、快速、结果肉眼可见的优点，最大程度上克服了传统病原细菌检测方法的弊端，为临床病原细菌感染的早期诊断提供了一种潜在的新策略和新方法，保质保量地完成了项目书的预期目标。此外，本项目还在病原细菌感染的诊疗一体化方面开展了一些工作，取得了初步的研究成果。项目原预期发表论文3~5篇，申请专利1项，实际发表SCI论文9篇并申请专利6项（授权1项），在成果方面超出了最初的计划。