智能手机增强自荧光信号检测结核分枝杆菌的超灵敏传感平台研发

针对结核病(TB)诊断中传统显微镜技术灵敏度低、成本高的问题，研究人员开发了基于智能手机的便携式检测平台。该平台通过集成加热元件显著增强分枝杆菌的自荧光(AF)信号，实现低至104 CFU/ml的检测限，为资源有限地区提供了一种低成本、高灵敏度的TB诊断新方案。

　　

结核病(TB)作为21世纪最致命的传染病之一，每年导致全球数百万人感染。尽管现代医学已取得长足进步，但TB诊断仍面临重大挑战——传统光学显微镜灵敏度不足，而荧光显微镜又存在设备昂贵、操作复杂等问题，这在医疗资源匮乏地区尤为突出。更棘手的是，致病菌结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, mTB)的研究需要生物安全三级(BSL-3)实验室，进一步限制了诊断技术的普及。面对这些现实困境，开发一种既灵敏又便携的低成本检测技术显得尤为迫切。

印度科学教育与研究所的研究人员独辟蹊径，利用分枝杆菌天然的自荧光(autofluorescence, AF)特性，构建了一套基于智能手机的微型检测系统。这项创新研究发表在《Biosensors and Bioelectronics》上，其核心突破在于通过内置加热元件将AF信号强度提升约3.5倍，使检测灵敏度达到10⁴ CFU/ml的革命性水平。该系统全部组件集成在3D打印外壳中，成本仅为传统设备的零头，却能在非实验室环境下实现可靠的细菌检测。

研究团队采用了几项关键技术：首先选用非致病性的耻垢分枝杆菌(M. smegmatis)作为mTB的替代模型，在保证生物安全的同时保持结构相似性；其次开发了智能手机光学系统，通过405nm激发光源和550nm长通滤光片捕捉AF信号；最关键的是集成了精确温控的加热模块，可稳定维持60°C工作温度。实验设计包含严格的温度梯度测试(30-70°C)和时间动态监测(0-30分钟)，所有数据均通过自编的Python图像处理算法进行定量分析。

【Results and Discussions】部分揭示了多项重要发现：加热处理使AF信号强度产生3.5倍的显著提升，最佳工作温度确定为60°C；信号增强存在时间依赖性，前10分钟增幅最快而后趋于平缓；系统对细菌浓度的检测限低至10⁴ CFU/ml，且响应具有良好的线性特征。通过共聚焦显微镜验证，证实加热确实增强了细菌内黄素类物质的荧光发射，而非产生假阳性信号。

【Conclusions】部分强调，这项研究首次实现了无需染色的分枝杆菌智能手机检测，其便携式设计特别适合资源匮乏地区。加热增强机制使灵敏度接近临床需求，而设备成本不足传统荧光显微镜的1/10。尽管目前使用非致病菌株验证，但研究团队已着手开发适用于mTB的改进版本。这项技术有望重塑TB诊断格局，为全球TB防控提供新的技术支撑。

值得注意的是，通讯作者Pabitra Nath教授已就该技术向印度专利局提交申请。研究获得CSHR(印度科学与工业研究理事会)的奖学金支持，实验用到了IASST(先进科学技术研究所)的共聚焦显微镜平台。这项跨学科研究融合了微生物学、光学工程和移动医疗的创新理念，为传染病诊断设备的小型化、智能化发展提供了重要范本。