【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所超強激光科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室研究團隊與海軍軍醫(yī)大學(xué)高瑞教授團隊合作，在病原菌快速檢測技術(shù)領(lǐng)域取得了新進展。團隊提出了一種基于太赫茲超表面的無標記傳感技術(shù)，成功實現(xiàn)了對金黃色葡萄球菌(SAU)和表皮葡萄球菌(SE)的高靈敏度檢測與區(qū)分。相關(guān)成果以“Label-free sensing technology of two Staphylococcus species based on terahertz metasurface”為題發(fā)表于Biomedical Optics Express。
葡萄球菌是多種人類感染的致病菌，可引發(fā)皮膚及軟組織感染、血液系統(tǒng)感染、呼吸系統(tǒng)感染、骨骼系統(tǒng)感染等。準確監(jiān)測葡萄球菌對于預(yù)防葡萄球菌污染、早期診斷和治療相關(guān)疾病至關(guān)重要。傳統(tǒng)檢測方法依賴培養(yǎng)、生化標記或分子擴增技術(shù)，存在耗時長、操作復(fù)雜、成本高等問題。近年來，太赫茲技術(shù)憑借其非電離性、高穿透性和指紋譜特性成為生物傳感領(lǐng)域的研究熱點，但現(xiàn)有方法普遍面臨超表面制備復(fù)雜、依賴標記物或靈敏度不足等挑戰(zhàn)。
針對上述問題，研究團隊采用如圖1所示的太赫茲超表面增強電磁波與細菌間的相互作用，結(jié)合集成化太赫茲頻譜儀，成功實現(xiàn)了形態(tài)相似的金黃色葡萄球菌(SAU)與表皮葡萄球菌(SE)的“檢測-鑒別”雙功能一體化。研究通過建立太赫茲超表面共振頻移量與菌液量的標準校準曲線，發(fā)現(xiàn)兩種菌株呈現(xiàn)差異顯著的特征斜率(SAU：105.90 GHz/μL；SE：45.14 GHz/μL)，檢測靈敏度達到556 GHz/cell·μm²(SAU)和237 GHz/cell·μm²(SE)。如圖2 (a)和(b)所示，為不同菌液劑量下實測太赫茲超表面透射譜(散點)及對應(yīng)擬合曲線(實線)，圖2 (c)為共振頻移量隨菌液劑量的變化關(guān)系。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該技術(shù)無需抗體標記和復(fù)雜的表面功能化，檢測時間從數(shù)天縮短至分鐘級別，兼具操作簡便、檢測快速、成本低廉等優(yōu)勢，同時保持了高靈敏度與高特異性。該技術(shù)的應(yīng)用可進一步拓展至其他病原體檢測領(lǐng)域，為臨床診斷和食品安全監(jiān)測提供了一種新的方法。
相關(guān)研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
圖1. (a)太赫茲超表面檢測兩種葡萄球菌示意圖。太赫茲超表面單元結(jié)構(gòu)示意圖：(b)俯視圖；(c)側(cè)視圖。(d)太赫茲超表面顯微圖。
圖2. 不同(a) SAU和(b) SE菌液劑量下的實測太赫茲超表面透射譜(散點)及對應(yīng)擬合曲線(實線)。(c)共振頻移量隨菌液劑量的變化關(guān)系(含誤差棒)。
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