近日，溫州大學電氣與電子工程學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》發表論文，并被選為期刊正封面頁（Front Cover）亮點報道。正封面頁被用于報道ACS期刊所發表的重要工作，在期刊網站上展示為當期第一個封面，并與印刷版刊物同步發行。這是溫州大學研究人員首次在該期刊發表正封面頁論文，溫州大學在該期刊發表的另一篇封面論文（Supplementary Cover）同樣來自張鑒課題組的工作（Anal. Chem. 2022, 94, 6, 2812–2819）。
細菌性下呼吸道感染（LRTI），特別對于欠發達地區及兒童和老年人群，是導致死亡的主要疾病之一。此外，呼吸道病毒感染，如SARS-CoV-2，也常導致嚴重的細菌合并肺部感染。革蘭氏陽性（G+）菌多引起LRTI的急性發作，是醫院和社區獲得性肺炎的一類主要病原。因此，革蘭氏菌的分型與定量對LRTI判型、感染程度評價及抗生素治療至關重要。傳統對LRTI革蘭氏分型和計數采用支氣管肺泡灌洗液培養和染色方法，存在介入采樣、操作復雜、準確率低至60%等缺點，“從樣品到結果”的時間需數十小時。另一種常用方法基于PCR技術，成本較高，需DNA提取、擴增、測序和熒光雜交等復雜操作，且無法實現對革蘭氏型的廣譜實時判斷。盡管多年來研究人員不斷努力探索對細菌性LRTI革蘭氏分型和定量的有效方法，但可實際應用的創新性技術一直未見報道。
張鑒教授課題組基于半導體工藝制備的微電極陣列，結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別機制，實現了一種先進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秒鐘內實現對G+菌的實時檢測，所需檢測樣本僅10微升。傳感器檢出限低至10 CFU/mL（遠低于飲用水及透析液中100 CFU/mL的標準），線性范圍高達105 CFU/mL，并對G-菌具有1479: 1的高選擇比。同時，課題組還基于半導體致冷芯片和3D打印微通道冷凝模塊，自主研發了便攜式呼氣冷凝裝置，可在3分鐘內冷凝并采集呼氣冷凝液，聯合生物傳感器實現對下呼吸道G+菌的實時分型和定量檢測。經健康志愿者、支原體感染、G+菌感染和G-菌感染LRTI患者的臨床樣本檢驗，驗證了該傳感器及檢測策略的準確性、可靠性和實用價值。該生物傳感器及檢測方法為細菌性LRTI診斷和病情分析提供了一種非介入、非染色、非培養、不依賴PCR的實時檢測技術。
《Analytical Chemistry》為分析化學領域頂刊、Nature Index和中科院一區期刊。溫州大學為論文第一單位，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田納西大學Jayne Wu教授、合肥工業大學鄭磊教授。電氣與電子工程學院汪鵬君教授和董長昆教授對論文工作提供了多方面的幫助與指導。論文工作還得到了溫州醫科大學附屬平陽醫院毛選教主任、溫州醫科大學第二附屬醫院張海臨教授的大力支持。論文封面由戚昊琛副教授設計并繪制。上述工作得到了國家自然科學基金、傳感技術國家重點實驗室開放課題、數字醫學工程全國重點實驗室開放課題等項目資助。論文DOI：10.1021/acs.analchem.4c00059。
