近日,工學院韓進松/李飛團隊在國際權威期刊Angewandte Chemie lnternational Edition在線發表成果“A Dual Fluorescence Turn-On Sensor Array Formed by Poly(para-aryleneethynylene) (PPE) and Aggregation-Induced Emission (AIE) Boosts Sensitivity in Multiplex Bacterial Recognition”。我院碩士研究生余洋和博士研究生倪偉偉為本論文的共同第一作者,韓進松教授、李飛特聘副研究員、黃慧講師為本文的共同通訊作者,中國藥科大學為第一通訊單位。
細菌感染已成為全球主要的致死和致病原因。及時準確的細菌類別鑒定,有助于選擇合適的抗生素,遏制疾病的進展。傳統的細菌檢測方法,如培養和計數菌落,操作復雜,需要數天才能產生可靠的結果。近年來,新興技術,包括基于免疫學的方法和聚合酶鏈式反應(PCR),提高了檢測的靈敏度和效率。盡管這些方法顯示出在醫學應用方面巨大的潛力,但它們仍然需要針對每種細菌的特定設計(例如特定引物和抗體等),不能滿足對高通量細菌分析的需求。因此,迫切需要開發一種能夠同時鑒定多類型細菌菌株的方法。
為解決這一問題,該團隊開發了一種基于“信號放大”效應的聚對苯乙炔(PPE)和多種帶正電荷的聚集誘導發光(AIE)染料構建的靜電復合物傳感器陣列。該傳感系統能夠對細菌產生雙通道熒光“turn-on”信號響應,實現了無需對樣本進行任何預處理情況下對低濃度(OD600 = 0.001)下20類細菌的并行檢測,以及細菌的定量檢測和混合細菌鑒定。結合多種人工智能機器學習算法優化,該傳感系統在無需對樣本進行預處理情況下,30秒內可實現對不同種類尿路感染臨床樣本的快速鑒定,極大地提高了檢測效率。該傳感器陣列結合了具有相反性質的兩類熒光染料,實現了信號放大,提升了檢測靈敏度,突破了臨床感染性疾病診斷中存在的“檢不出”、“檢不準”、“檢不廣”的技術瓶頸,展示了巨大的臨床應用潛力。未來團隊將進一步開發便攜式、智能化、多功能的并行檢測設備,推動這一技術的臨床轉化和應用。
該研究工作得到了國家自然科學基金(82072017、32272415、52003298)、江蘇省自然科學基金(BK20200578)、中國藥科大學“雙一流”學科創新團隊(CPUQNJC22_04)、國家高層次青年人才計劃、中國藥科大學興藥學者計劃等資助。
文章鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202318483
圖為新型熒光陣列傳感芯片設計示意圖
(供稿單位:工學院食品營養與安全系,撰寫人:張文慧,審稿人:沈玲玲)