基于化学传感器的细菌素快速检测新方法

我们需要更好的方法来快速筛查危险的病原体和物质。脂多糖(LPS)就是一种经常被忽视的化合物，通常被称为“内素”。这种分子存在于革兰氏阴性细菌的外膜中，对人类非常有害。它可以引发主要的免疫反应，产生发烧和炎症。在最坏的情况下，它可能因败血症而导致器官衰竭。

令人惊讶的是，对于这种普遍存在的素，有效检测 LPS 存在的方法非常少。其检测的金标准是鲎阿米巴细胞裂解物(LAL)测试。由于这必须在干净的实验室环境中手动完成，因此该过程可能需要几个小时并且价格昂贵。虽然还有其他方法来检测 LPS，但它们也很耗时或麻烦。这里花费的时间有时会导致医院和药品生产场所决策的严重延误。

在此背景下，来自日本的一个研究团队开创了一种快速检测可溶性样品中脂多糖的新策略。在2023 年 7 月 31 日在线发表在《分析化学》杂志上的最新研究中，该团队提出了一个有前途的平台，可以彻底改变我们筛选 LPS 的方式。该研究的第一作者是日本上智大学博士生、野村微科学株式会社技术开发部成员 Hiroshi Kimoto。该研究由 Takashi Hayashita 和 Takeshi Hashimoto 共同撰写，均来自上智大学，铃木阳太来自埼玉大学。

所提出的 LPS 分析系统的主要组成部分是一种称为 Zn-dpa-C2OPy 的比率荧光化学传感器。这种化合物被设计为选择性地与 LPS 结合，表现出有趣的荧光特性。当不与脂多糖结合时，它会形成小的球形囊泡，当受到紫外线激发时，会发出一定波长的光。然而，在 LPS 存在的情况下，化学传感器会与溶液中的素形成复杂的聚集体;这些聚集体在结构上不同于化学传感器或单独的LPS的聚集体。当受到紫外线激发时，复杂的化学传感器-LPS 聚集体会发出完全不同波长的光，并且通过光谱测量进一步验证了它们的存在。

为了实现高通量LPS检测，研究人员将化学传感器与流动注射分析(FIA)系统和自主开发的双波长荧光光度计相结合。该系统允许人们轻松地将感兴趣的液体样品与已知数量的化学传感器混合，然后将混合物送入荧光光度计，荧光光度计测量响应 LPS 的荧光变化。根据荧光强度之间的比率，可以估计输入样品中 LPS 的浓度。该系统的主要优点之一是其速度。“从样品采集到分析结果仅需一分钟，每小时样品吞吐量为 36 个，使该技术极其快速和高效， ”Kimoto 评论道。

除了高通量之外，所提出的化学传感器在量化 LPS 方面还表现出高灵敏度和稳定性。事实上，该化学传感器的检测限为 11 pM(皮摩尔)，低于其他报道的用于 LPS 检测的小分子化学传感器。这意味着它可以检测到比其他替代方法更低浓度的 LPS。此外，基于化学传感器的分析系统简单且对动物友好——其他传统的LPS检测方法使用动物资源，反过来可能会伤害这些动物。这使其成为对水、临床或药物样品中的 LPS 和细菌污染进行实用且高效的现场护理测试的绝佳选择。

展望这项工作的长期影响，Kimoto 先生评论道：“根据这项研究，我们将开发在线内素监测仪，并将其用于现实生活中。” 这种监测仪可以安装在药品生产现场、医院床边和重症监护室，以连续监测注射用水或感染患者血液等药品中的内素浓度。”

随着该领域的工作不断开展，内素的威胁将在不久的将来降至最低，从而使医院更加安全，并改善细菌性疾病的诊断程序。

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