近日，我校電氣與電子工程學(xué)院張鑒教授課題組以“Disposable Peptidoglycan-Specific Biosensor for Noninvasive Real-Time Detection of Broad-Spectrum Gram-Positive Bacteria in Exhaled Breath Condensates”為題在《Analytical Chemistry》發(fā)表論文，并被選為期刊正封面頁(yè)（Front Cover）亮點(diǎn)報(bào)道。正封面頁(yè)被用于報(bào)道ACS期刊所發(fā)表的重要工作，在期刊網(wǎng)站上展示為當(dāng)期第一個(gè)封面，并與印刷版刊物同步發(fā)行。這是我校研究人員首次在該期刊發(fā)表正封面頁(yè)論文，我校在該期刊發(fā)表的另一篇封面論文（Supplementary Cover）同樣來(lái)自張鑒課題組的工作（Anal. Chem. 2022, 94, 6, 2812–2819）。

細(xì)菌性下呼吸道感染（LRTI），特別對(duì)于欠發(fā)達(dá)地區(qū)及兒童和老年人群，是導(dǎo)致死亡的主要疾病之一。此外，呼吸道病毒感染，如SARS-CoV-2，也常導(dǎo)致嚴(yán)重的細(xì)菌合并肺部感染。革蘭氏陽(yáng)性（G+）菌多引起LRTI的急性發(fā)作，是醫(yī)院和社區(qū)獲得性肺炎的一類(lèi)主要病原。因此，革蘭氏菌的分型與定量對(duì)LRTI判型、感染程度評(píng)價(jià)及抗生素治療至關(guān)重要。傳統(tǒng)對(duì)LRTI革蘭氏分型和計(jì)數(shù)采用支氣管肺泡灌洗液培養(yǎng)和染色方法，存在介入采樣、操作復(fù)雜、準(zhǔn)確率低至60%等缺點(diǎn)，“從樣品到結(jié)果”的時(shí)間需數(shù)十小時(shí)。另一種常用方法基于PCR技術(shù)，成本較高，需DNA提取、擴(kuò)增、測(cè)序和熒光雜交等復(fù)雜操作，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)革蘭氏型的廣譜實(shí)時(shí)判斷。盡管多年來(lái)研究人員不斷努力探索對(duì)細(xì)菌性L(fǎng)RTI革蘭氏分型和定量的有效方法，但可實(shí)際應(yīng)用的創(chuàng)新性技術(shù)一直未見(jiàn)報(bào)道。

張鑒教授課題組基于半導(dǎo)體工藝制備的微電極陣列，結(jié)合微流控介電泳富集、超靈敏界面電容傳感和G+菌表面肽聚糖的核酸適配體特異性識(shí)別機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了一種先進(jìn)的一次性生物傳感器。該傳感器體積為5×3.5×2 mm，成本約2元，可在10秒鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)G+菌的實(shí)時(shí)檢測(cè)，所需檢測(cè)樣本僅10微升。傳感器檢出限低至10 CFU/mL（遠(yuǎn)低于飲用水及透析液中100 CFU/mL的標(biāo)準(zhǔn)），線(xiàn)性范圍高達(dá)10⁵ CFU/mL，并對(duì)G-菌具有1479: 1的高選擇比。同時(shí)，課題組還基于半導(dǎo)體致冷芯片和3D打印微通道冷凝模塊，自主研發(fā)了便攜式呼氣冷凝裝置，可在3分鐘內(nèi)冷凝并采集呼氣冷凝液，聯(lián)合生物傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)下呼吸道G+菌的實(shí)時(shí)分型和定量檢測(cè)。經(jīng)健康志愿者、支原體感染、G+菌感染和G-菌感染LRTI患者的臨床樣本檢驗(yàn)，驗(yàn)證了該傳感器及檢測(cè)策略的準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)用價(jià)值。該生物傳感器及檢測(cè)方法為細(xì)菌性L(fǎng)RTI診斷和病情分析提供了一種非介入、非染色、非培養(yǎng)、不依賴(lài)PCR的實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)。

《Analytical Chemistry》為分析化學(xué)領(lǐng)域頂刊、Nature Index和中科院一區(qū)期刊。溫州大學(xué)為論文第一單位，張鑒教授為論文第一作者及通訊作者，課題組戚昊琛副教授為共同一作，共同通訊作者包括美國(guó)田納西大學(xué)Jayne Wu教授、合肥工業(yè)大學(xué)鄭磊教授。電氣與電子工程學(xué)院汪鵬君教授和董長(zhǎng)昆教授對(duì)論文工作提供了多方面的幫助與指導(dǎo)。論文工作還得到了溫州醫(yī)科大學(xué)附屬平陽(yáng)醫(yī)院毛選教主任、溫州醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院張海鄰教授的大力支持。論文封面由戚昊琛副教授設(shè)計(jì)并繪制。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題、數(shù)字醫(yī)學(xué)工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題等項(xiàng)目資助。論文DOI：10.1021/acs.analchem.4c00059。