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综述:鲍曼不动杆菌即时检测诊断技术进展:新型检测与传感策略综述

文章来源:小编 更新时间:2026-08-10 09:27:58

  

综述:鲍曼不动杆菌即时检测诊断技术进展:新型检测与传感策略综述(图1)

  背景:鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)是全球抗生素耐药性传播的关键病原体,可引起多部位严重感染,导致高发病率与死亡率。及时准确的病原鉴定对医疗机构内感染的有效管理至关重要,但传统微生物诊断技术的周转时间过长,严重阻碍及时治疗干预。

  背景:鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)是全球抗生素耐药性传播的关键病原体,可引起多部位严重感染,导致高发病率与死亡率。及时准确的病原鉴定对医疗机构内感染的有效管理至关重要,但传统微生物诊断技术的周转时间过长,严重阻碍及时治疗干预。主体:因此,面向现场部署的生物传感技术研发成为焦点,尤其是针对鲍曼不动杆菌基因组与细胞水平的耐药检测系统。第一部分探讨靶向耐药相关基因的等温核酸扩增方法及其信号读出与分析策略。结论:随后综述电化学生物传感器的最新进展,涵盖其设计原理及鲍曼不动杆菌诊断应用。最后重点讨论纳米颗粒介导的检测方法,强调其在提升灵敏度、特异性及检测速度方面的潜力,以改善整体诊断效能。

  鲍曼不动杆菌已被世界卫生组织列为对公共卫生威胁最大的优先病原体之一,其多重耐药机制尤其是产OXA-23基因的碳青霉烯耐药鲍曼不动杆菌(CRAB)是医院感染暴发的主要诱因,可引发导管相关性尿路感染、手术部位软组织感染及血流感染,在成人与新生儿重症监护病房中致死率高。COVID-19大流行期间抗生素的广泛使用进一步推高了耐药率,一项荟萃分析显示1995至2023年间碳青霉烯耐药率从2019年的67.2%升至2020至2023年的81.0%,另一项ICU患者分离株研究亦证实耐药率从疫情前的34%上升至疫情后的47%。CRAB感染治疗选择有限且死亡率高,抗生素每延迟给药1小时患者严重并发症风险升高3%–7%,因此早期识别碳青霉烯耐药有助于抑制定植、阻断耐药株传播并加速有效治疗方案的调整。然而,传统培养法需耗时2天以上,血清学检测依赖双份血清抗体滴度变化且免疫应答较弱患者结果难以判读,聚合酶链式反应(PCR)虽特异性强但存在扩增产物污染风险,需配备通风系统、专业技术人员及昂贵热循环仪,2–3小时的全程分析时间限制了其在急诊筛查中的应用。因此,开发适用于鲍曼不动杆菌感染的简便即时检测(POC)系统对遏制耐药传播与患者管理具有重要意义。等温核酸扩增技术在恒定温度下可在1小时内完成扩增,无需昂贵设备且易与其他传感器联用,具备高灵敏度与特异性,适合现场病原诊断。电化学生物传感器则凭借表面修饰灵活、操作简便、成本低廉及检测快速等优势,可实现低样本量下的高灵敏检测与多电极阵列同步分析。纳米颗粒常作为辅助探针用于病原体靶向识别,结合比色或荧光信号实现灵敏、快速、便捷的检测,是感染POC筛查的重要工具。本综述旨在系统梳理上述三类面向现场的鲍曼不动杆菌创新检测技术研究进展。

  等温核酸扩增技术因便携性、操作简便及现场适用性成为分子诊断领域的重点方向,常用方法包括环介导等温扩增(LAMP)、重组酶聚合酶扩增(RPA)、解旋酶依赖性扩增(HAD)、核酸序列依赖性扩增(NASBA)、链置换扩增(SDA)及多重交叉置换扩增(MCDA)。此类方法无需热循环仪,仅需水浴或简易热源即可运行,显著降低了对实验室设施的依赖,已有商业化试剂盒上市用于艰难梭菌与结核病检测。LAMP扩增产物量大,可通过浊度、染料或纳米颗粒实现可视化判读,其与RPA被认为是POC诊断中最具应用潜力的技术。此外,等温扩增对临床样本中的抑制剂耐受性强,适合资源有限地区的样本检测。相关研究按结果分析方式分为以下四类。

  LAMP反应靶向模板6个区域,30–60分钟内即可产生梯状扩增产物,琼脂糖凝胶电泳呈现特征性条带。针对CRAB的bla

  基因开发的LAMP方法分别在63°C 20分钟、63°C 35分钟及62°C 40分钟内检出阳性样本,检测限(LOD)分别为1 pg/μL与10 pg/μL,对75份临床样本的灵敏度与PCR一致,其中bla

  是最优检测靶标。另一项基于呼吸道样本的LAMP研究显示,对支气管肺泡灌洗液(BAL)的检测灵敏度为86.3%、特异性100%,LOD为10

  CFU/mL;对支气管吸出液(BAS)与气管吸出液(EA)的灵敏度为94.6%、特异性100%,LOD为10

  比色法因可直接肉眼判读而成为POC系统的理想选择。羟基萘酚蓝(HNB)通过监测反应体系中Mg

  浓度变化指示结果,针对生物膜形成相关基因pgaD开发的HNB-LAMP方法对27份环境样本的灵敏度与特异性均达100%,LOD为10 pg/μL,优于PCR的1 ng/mL。钙黄绿素通过Mn

  螯合作用实现颜色转变,针对16S与23S rRNA基因的钙黄绿素-LAMP在30分钟内完成检测,灵敏度100%、特异性100%,LOD达0.1 pg/μL,较PCR灵敏1000倍。基于孔雀石绿的MCDA方法靶向pgaD基因,62°C 25分钟即可实现无色至亮绿色的颜色转变,LOD为100 fg/μL。SYBR Green I染料法针对不同靶基因的LAMP反应时间在10–45分钟之间,LOD为100 pg/μL,较常规PCR灵敏100倍。针对bla

  等耐药基因的LAMP研究显示其灵敏度显著优于PCR,且可耐受引物-模板错配,最低检出限达10 CFU/mL,适合耐药基因传播监测。

  实时检测结合浊度仪、实时PCR熔解曲线分析及便携式荧光扫描仪,可实现定量诊断。基于ESE-Quant管式扫描仪的实时荧光LAMP对90份痰样本的灵敏度达98.9%,LOD为10 pg/μL,灵敏度100%、特异性90%。RPA靶向bla

  基因可在18分钟内完成检测,LOD为2.86 CFU/mL,灵敏度与特异性均为100%,与PCR及实时PCR结果一致性高。实时浊度LAMP靶向bla

  基因可在40分钟内完成检测,对120份临床样本的灵敏度与特异性均为100%,LOD为0.002 pg/μL,较PCR灵敏100倍,大规模临床应用显示其可显著降低ICUPP电子内CRAB传播风险。靶向ISAba1-bla

  的实时浊度LAMP对70份痰样本的检测灵敏度与特异性均为100%,LOD为1 CFU/管,较PCR灵敏100倍。多重LAMP(mLAMP)可同时检测耐药与敏感菌株,针对recA与OXA23基因的检测在20分钟内完成,Genie III仪器检测LOD达300拷贝/mL,灵敏度与特异性均为100%。针对8种下呼吸道常见病原体的mLAMP系统在45分钟内完成检测,LOD为10

  CFU/mL,与传统培养及Sanger测序一致性良好,灵敏度75%、特异性94.49%。

  侧向流生物传感器(LFB)具备快速、便携、操作简便的优势,广泛用于妊娠检测与COVID-19抗原筛查。RPA-LFB联用技术靶向bla

  基因,37°C 30分钟扩增后10分钟内即可判读结果,可区分CRAB与其他不动杆菌属,LOD为1–10 CFU/反应,与实时PCR相当。多酶恒温快速扩增(MIRA)-LFB方法靶向OXA51基因,15分钟内即可肉眼判读结果,LOD为0.1 ng/μL,菌落水平LOD为6 CFU/mL,与基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)结果一致性达100%。MCDA-LFB靶向pgaD基因的LOD为100 fg/μL,灵敏度100%、特异性96.3%;双靶点MCDA-LFB可同时检测bla

  与pgaD基因,对68株不动杆菌属分离株的灵敏度与特异性均为100%,LOD为100 fg/μL。

  CRISPR/Cas系统作为细菌适应性免疫机制,已发展为核酸诊断工具,可降低对高端实验室的依赖。但单独CRISPR系统在低靶标浓度或存在抑制剂时效率受限,因此常与等温扩增联用并结合荧光、电化学或比色信号输出。基于CRISPR-Cas12a的多重RPA方法可同时检测OXA-51与OXA-23基因,30分钟内紫外灯下即可观察荧光信号,无交叉反应,对30株临床分离株的检测结果与PCR完全一致,LOD达1.3×10

  ng/μL。为解决多管转移导致的气溶胶污染问题,研究人员开发了单管光控RPA-CRISPR/Cas12a平台,通过NPOM-dT光敏基团修饰crRNA实现扩增与检测分步激活,60分钟内完成检测,对38份痰样本的检测结果与常规PCR一致,LOD为10拷贝/μL。但单管体系仍存在操作步骤繁琐、酶促反应兼容性差及分子拥挤效应等问题。此外,LAMP需4–6条引物,设计难度高且易产生非特异性扩增;多酶体系试剂复杂且专利酶成本较高;不同方法对靶标片段长度要求各异,如LAMP不适用于短片段扩增,而HDA更适合长片段扩增。

  电化学(EC)检测通过分析传感界面氧化还原反应产生的电流实现高灵敏度检测,所需样本量少,特异性强,无需复杂基础设施与专业人员操作,兼容丝网印刷电极与一次性电极,样本前处理简单,显著降低成本,支持实时或近实时检测,适合POC场景。表3汇总了相关研究的性能参数。

  DNA基EC生物传感器通过固定在换能器上的核酸探针与目标序列特异性杂交,将结合事件转化为电信号,分为标记与非标记体系。DNA氧化信号主要源于鸟嘌呤(0.7–0.9 V)与腺嘌呤(1.0–1.2 V)的电化学氧化,可用于定量分析。壳聚糖因生物相容性好、机械强度高而被广泛用于电极修饰。研究人员开发了壳聚糖修饰铅笔石墨电极(c-PGEs),通过固相杂交与差分脉冲伏安法(DPV)检测鸟嘌呤信号,LOD为1.86 nM,分析时间61分钟。后续研究采用壳聚糖-金(Chit-Au)复合修饰电极,提升了DNA探针固定效率,分析时间缩短至18分钟,LOD为1.93 nM。另一项研究采用β-环糊精(β-CD)标记的金电极,通过Au–S键固定硫醇化探针,利用β-CD与双链DNA/单链DNA的结合差异,通过方波伏安法检测杂交信号,LOD达0.14 nM,可识别单碱基错配。基于丝网印刷碳电极(SPCE)的序列特异性酶联基因传感器以bla

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