【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所超強激光科學與技術全國重點實驗室研究團隊與海軍軍醫大學高瑞教授團隊合作，在病原菌快速檢測技術領域取得了新進展。團隊提出了一種基于太赫茲超表面的無標記傳感技術，成功實現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分。相關成果以“Label-free sensing technology of two Staphylococcus species based on terahertz metasurface”為題發表于Biomedical Optics Express。
葡萄球菌是多種人類感染的致病菌，可引發皮膚及軟組織感染、血液系統感染、呼吸系統感染、骨骼系統感染等。準確監測葡萄球菌對于預防葡萄球菌污染、早期診斷和治療相關疾病至關重要。傳統檢測方法依賴培養、生化標記或分子擴增技術，存在耗時長、操作復雜、成本高等問題。近年來，太赫茲技術憑借其非電離性、高穿透性和指紋譜特性成為生物傳感領域的研究熱點，但現有方法普遍面臨超表面制備復雜、依賴標記物或靈敏度不足等挑戰。
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，結合集成化太赫茲頻譜儀，成功實現了形態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，發現兩種菌株呈現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)及對應擬合曲線(實線)，圖2 (c)為共振頻移量隨菌液劑量的變化關系。與現有技術相比，該技術無需抗體標記和復雜的表面功能化，檢測時間從數天縮短至分鐘級別，兼具操作簡便、檢測快速、成本低廉等優勢，同時保持了高靈敏度與高特異性。該技術的應用可進一步拓展至其他病原體檢測領域，為臨床診斷和食品安全監測提供了一種新的方法。
相關研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。
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構示意圖：(b)俯視圖；(c)側視圖。(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)及對應擬合曲線(實線)。(c)共振頻移量隨菌液劑量的變化關系(含誤差棒)。
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