基于光纤SPR技术的电活性微生物血红素无标记检测传感器研究

为解决电活性微生物腐蚀过程中血红素检测的难题，研究人员开发了一种基于FhtR蛋白特异性识别的光纤表面等离子体共振(SPR)传感器。该传感器通过血红素与FhtR的分子识别作用实现0.9 μg/mL的检测限，在复杂环境中展现出优异的稳定性，为微生物腐蚀监测和血液检测提供了创新工具。

　　

在海洋工程和医疗诊断领域，血红素（heme）作为关键生物分子扮演着双重角色：既是电活性微生物腐蚀金属材料的"电子搬运工"，又是多种疾病的重要生物标志物。然而传统检测方法面临毒性大、灵敏度低、设备昂贵等瓶颈，特别是在深海等极端环境下更难以实现实时监测。这种检测困境严重制约了对微生物腐蚀（MIC）机制的深入研究，也影响了相关疾病的早期诊断。

针对这一挑战，大连理工大学（Dalian University of Technology）的研究团队创新性地将分子识别技术与光纤传感相结合，开发出全球首个基于血红素转运调节蛋白（FhtR）的光纤表面等离子体共振（SPR）传感器。这项突破性成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》上，为血红素检测提供了全新的解决方案。

研究团队采用三大关键技术：1）通过基因工程改造在FhtR蛋白C端引入四个天冬氨酸，实现与光纤表面的共价结合；2）优化光纤SPR探针结构增强信号响应；3）建立多环境参数（pH 7.5-8.5、温度23.25-51.46°C、压力0.1-3.6 MPa）测试体系验证稳定性。

【Sensor Calibration】

通过标准浓度测试证实，传感器在0-0.06 mg/mL范围内灵敏度达698.1 nm/(mg/mL)，检测限低至0.9 μg/mL。对Shewanella oneidensis MR-1培养液稀释1000倍后仍保持良好识别能力。

【Conclusion】

该研究不仅解决了野生型FhtR无法与光纤结合的难题，更展现出四大优势：1）无标记检测避免毒性问题；2）18分钟快速响应；3）抗多种体液分子和金属离子干扰；4）在模拟海水压力下保持稳定。

这项研究的意义在于：首次将FhtR蛋白应用于传感领域，为微生物腐蚀的早期预警提供了新工具；同时其优异的血液检测性能，为开发便携式医疗设备奠定了基础。研究获得国家重点研发计划（2022YFB3808800）等多项基金支持，体现了从基础研究到工程应用的完整创新链条。特别值得注意的是，传感器在3.6 MPa（相当于水深360米）压力下的稳定表现，使其在深海资源开发领域具有独特应用价值。