综述：废水生物流行病学与生物传感器技术：环境风险管理的新兴工具

本综述系统阐述了废水流行病学(WBE)与生物传感器技术的协同应用，强调其作为早期预警系统的核心价值。文章对比了生物传感器与传统检测方法的优势，详述了其在SARS-CoV-2等病原体监测中的突破性进展，为公共卫生风险评估提供了实时数据支持的技术路径。

　　

废水流行病学：公共卫生监测的新范式

废水生物流行病学(Wastewater-Based Epidemiology, WBE)正逐步成为全球公共卫生监测体系的核心工具。与传统流行病学方法相比，WBE通过分析社区级污水中的病原体载量、耐药基因及生物标志物，实现对疾病流行的实时无创监测。这种基于污水分析的方法不仅具备大规模人群覆盖优势，还能在临床症状出现前7-14天发现疫情信号，为应对突发公共卫生事件提供关键时间窗口。

生物传感器技术革命

生物传感器作为WBE领域的新兴检测工具，展现出高灵敏度、便携性和现场实时检测的独特优势。其工作原理基于生物识别元件（如抗体、核酸适体）与信号转换器的协同作用，可实现病原体的超灵敏检测。相较于传统PCR或质谱技术，生物传感器将检测成本降低60%以上，分析时间从数小时缩短至30分钟内，且无需专业实验室环境。特别值得关注的是，电化学生物传感器通过纳米材料修饰电极表面，对SARS-CoV-2刺突蛋白的检测限达到0.8 pg/mL，较qPCR方法灵敏度提升两个数量级。

病原体监测应用突破

在细菌监测方面，基于适配体的生物传感器成功实现对大肠杆菌O157:H7的实时检测，最低检测浓度为10² CFU/mL。对于病毒监测，表面等离子共振(SPR)生物传感器可实现诺如病毒GI/GII型的多重检测，准确率达92.7%。针对当前疫情，石墨烯场效应晶体管生物传感器对SARS-CoV-2核衣壳蛋白的检测灵敏度为1 fg/mL，较常规RT-PCR快50倍，且可直接应用于污水原样检测。

技术挑战与创新解决方案

尽管生物传感器表现卓越，仍面临污水基质干扰、生物膜污染、传感器稳定性等挑战。新型微流控芯片技术通过集成样品前处理模块，有效消除污水中有机物干扰。分子印迹聚合物(MIP)技术的引入使传感器寿命延长至42天，较传统生物识别元件提升3倍。同时，机器学习算法的应用实现了多生物标志物数据的智能解析，使疫情预测准确率提升至89.3%。

未来应用前景

WBE与生物传感器融合技术正拓展至抗生素耐药基因(ARGs)监测、毒品消费评估、肥胖流行病学等新领域。可穿戴式生物传感器与污水监测网络的结合，将构建天地一体化的智能公共卫生预警系统。纳米孔测序技术与生物传感器的联用，有望实现污水样本中2000+种病原体的同步筛查。随着合成生物学技术的发展，工程化生物传感器将实现对特定生物标志物的自供电检测，推动WBE监测网络向智能化、微型化方向演进。

这项技术革新不仅重塑了公共卫生监测范式，更为应对未来新发传染病提供了关键技术支撑，标志着环境医学进入实时化、精准化的新阶段。