《Microchemical Journal》：Advancing infection management: Cutting-edge biosensor techniques for bacterial LPS detection
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LPS检测技术综述：传统方法存在灵敏度低、操作复杂等问题，新型生物传感器（如电化学阻抗、纳米材料增强型）通过微流控、电化学信号转换及荧光放大技术实现皮克级检测，便携设计适用于临床和食品检测场景。
卡迪杰·纳贾菲（Khadijeh Najafi）| 莱拉·扎兰迪-米安达奥布（Leila Zarandi-Miandoab）| 埃尔哈姆·沙特里安（Elham Shaterian）| 哈梅德·沙特里安（Hamed Shaterian）| 艾哈迈德·莫贝德（Ahmad Mobed）
伊朗塔布里兹医科大学医学院药物应用研究中心
摘要
细菌脂多糖（LPS）是革兰氏阴性菌外膜的关键成分，在免疫反应和致病机制中起着重要作用。准确检测LPS对于诊断感染、监测食品安全以及开发治疗策略至关重要。传统的LPS检测方法，如鲎变形细胞溶菌素（LAL）测定法和各种生化技术，往往存在时间消耗长、操作复杂和灵敏度不足的问题。这些方法可能无法提供快速的结果或有效的临床和环境应用所需的特异性。为了解决这些问题，人们开发了一系列创新的生物传感平台，包括双通道电化学设备、电化学阻抗传感器和基于细胞的荧光生物传感器。这些平台利用金纳米颗粒和纳米复合材料等先进材料，结合尖端的换能技术，将生化反应高效地转化为可测量的信号。特别是，纳米结构表面的引入提高了结合效率和信号放大能力，而便携式设计使得现场检测成为可能，因此非常适合用于即时检测（POC）应用。目前的研究重点是通过整合先进材料和新型检测策略来优化生物传感器的性能。这些生物传感创新之所以具有变革潜力，是因为它们能够克服传统方法的局限性。
引言
革兰氏阴性菌表面含有多种两亲性大分子，包括荚膜抗原、脂蛋白、肠杆菌共同抗原和脂多糖（LPS）[1] [2]。其中，LPS在微生物学、免疫学和医学领域尤为重要。LPS生物合成初期有缺陷的突变体无法存活，这表明LPS对细菌的生存至关重要[1] [2]。LPS的关键作用在于其参与细菌外膜的正确构建和功能运作。LPS检测对于多种应用至关重要，包括感染诊断、食品安全保障和治疗策略的开发[3] [4]。LPS与多种严重疾病有关，如败血症、脑膜炎和肺炎，它们可引发强烈的炎症反应并促进这些疾病的进展[3] [4]。此外，LPS还与慢性疾病（如炎症性肠病IBD）和某些自身免疫性疾病相关，这凸显了在各种临床背景下进行准确检测的必要性[5] [6]。然而，传统的LPS检测方法（如鲎变形细胞溶菌素（LAL）测定法和其他生化技术）存在显著挑战[7] [8]。尽管传统的LPS检测方法在微生物学和临床诊断中发挥了基础性作用，但它们通常耗时、操作复杂，并且缺乏在临床和环境应用中所需的灵敏度[9] [10]。近年来，生物传感器的出现彻底改变了LPS检测的格局。这些创新设备利用抗体或适配体等生物识别元件，结合先进的换能技术，将生化反应转化为可量化的信号[11] [12]。将纳米材料和微流控技术整合到生物传感器设计中，显著提高了灵敏度、特异性和响应时间，使其非常适合用于即时检测。当前的研究重点是通过引入先进材料和新型检测策略来优化生物传感器的性能。这些生物传感创新的变革潜力在于它们能够解决传统方法的局限性。
部分摘录
革兰氏阴性菌中的LPS及其检测
革兰氏阴性菌的细胞膜由外膜和内膜组成，外膜面向外部环境，含有LPS，这是细菌细胞壁的关键成分[13] [14]。在未形成荚膜的菌株（如大肠杆菌和铜绿假单胞菌）中，LPS直接暴露在外；而在形成荚膜的菌株（如肺炎克雷伯菌和流感嗜血杆菌）中，LPS位于荚膜之下。LPS中的脂质A成分具有生物活性，对细菌至关重要
LPS的检测：传统方法和生物传感器的进步
传统的LPS检测方法（如广泛使用的鲎变形细胞溶菌素（LAL）测定法）在灵敏度、特异性和复杂性方面存在差异。尽管这些方法一直很重要，但技术的进步推动了更快、更灵敏的LPS检测方法的发展。在选择性和准确性方面仍需改进，尤其是在临床和食品安全监测中，因为基质干扰和假阳性结果可能产生重大影响LPS生物传感器
一种即时检测（POC）电化学生物传感器被开发出来，以解决现有生物传感技术在临床环境中的不足。该生物传感器结合了电动力学原理，将灵敏度提升到了皮克克级别，而目前的诊断方法仅能检测到纳克级别的LPS。它使用微电极条来克服传统光刻制造技术带来的挑战[74]。LPS生物传感器概述
表3全面概述了用于检测LPS的各种生物传感器，LPS是革兰氏阴性菌外膜的关键成分。这些生物传感器采用不同的技术、纳米材料和电极类型，在各种生物样本中实现高灵敏度和特异性检测。生物传感器主要分为电化学（EL）传感器和适配体传感器，采用多种检测技术LPS生物传感策略的关键性和分析评估
对LPS生物传感器的全面评估揭示了该领域的重要进展和存在的挑战。了解各种生物传感策略的优势和劣势对于评估其实际应用和局限性至关重要。生物传感器之间的一个关键区别在于灵敏度，这很大程度上受到电极材料和检测方法选择的影响。例如，使用金纳米颗粒（AuNPs）的传感器具有高灵敏度，因为它们具有优异的电学性能
结论与未来展望
表3中展示的LPS生物传感器的进步表明，生物传感技术取得了显著进展。多种技术、纳米材料和电极配置的应用使得开发出能够检测极低浓度LPS的高灵敏度和特异性生物传感器成为可能。这些创新对于早期诊断和监测由革兰氏阴性菌引起的感染至关重要，因为这些感染可能对健康造成严重影响作者贡献声明
卡迪杰·纳贾菲（Khadijeh Najafi）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿。莱拉·扎兰迪-米安达奥布（Leila Zarandi-Miandoab）：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿。埃尔哈姆·沙特里安（Elham Shaterian）：监督、研究、概念构思。哈梅德·沙特里安（Hamed Shaterian）：监督、研究、概念构思。艾哈迈德·莫贝德（Ahmad Mobed）：撰写——审稿与编辑、监督、研究、概念构思。利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。致谢
本研究得到了伊朗塔布里兹医科大学健康管理与安全促进中心的支持。
