《Talanta》：Liquid Contactable Colorimetric Sensor Array for Bacteria Discrimination
编辑推荐：
•新颖的聚合物介导的转运机制实现稳定的液相CSA。•PDMS基质防止染料渗出，并促进溶解代谢物的扩散。•该阵列以统计学可靠性检测胺（≥500 μM）和硫醇（≥50 μM）。•在3小时内于复杂介质中快速区分引起脓毒症的细菌。•平台保质期为15天，提供了一种低成本的脓毒症诊断工具
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新颖的聚合物介导的转运机制实现稳定的液相CSA。
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PDMS基质防止染料渗出，并促进溶解代谢物的扩散。
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该阵列以统计学可靠性检测胺（≥500 μM）和硫醇（≥50 μM）。
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在3小时内于复杂介质中快速区分引起脓毒症的细菌。
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平台保质期为15天，提供了一种低成本的脓毒症诊断工具。
引言
比色传感器阵列（CSAs）采用交叉反应、模式识别策略，在概念上与哺乳动物嗅觉系统类似。CSAs是一种低成本、一次性使用的分析工具，能够检测和区分广泛范围的化学物质和混合物[1]。通过产生快速的交叉响应颜色变化模式，CSAs可以实现对多种分析物的同时检测和区分[2]。它们的简单性和多功能性推动了其在微生物分析、环境监测、食品安全评估、国防和药物筛选等方面的广泛应用[3]、[4]、[5]、[6]。CSAs的成功运行取决于对目标分析物、化学响应指示剂和基底的仔细选择，这些基底允许精确监测颜色变化而不干扰分析物-指示剂相互作用[7]。此外，必须控制pH、离子强度和溶剂效应等因素，以确保可重复的传感器响应。最佳的CSA设计还需要最小的背景着色、清晰的光学读出以及抑制来自分析物或介质固有颜色的干扰[8]。
由于成本低廉且易于制造，纸基或膜基基底广泛用于气相CSAs[9]、[10]。然而，其中一些基底在液相应用中存在局限性，包括亲水性指示剂在与水样接触时发生扩散或渗出[11]、[12]。它们在液相测量下的性能强烈依赖于基底特性、表面处理和指示剂固定化方法。指示剂的扩散或渗出会损害传感斑点的空间分离和颜色均匀性，从而降低比色分析的可重复性。为解决本传感器构型中的这些问题，我们开发了一种聚二甲基硅氧烷基CSA（PDMS-CSA）。PDMS基质将选定的指示剂配方保留在空间定义的传感区域内[13]、[14]，同时允许培养介质中的目标化合物接触嵌入的指示剂。因此，选择PDMS是因为它与本研究中所采用的指示剂阵列构型和液相测量条件相容，而非基于其普遍优于纸基或膜基基底的假设。所获得的平台可直接浸入液体样品中，用于监测与挥发性细菌代谢物相关的比色响应。氨（NH3）、硫化氢（H2S）和二氧化碳（CO2）等挥发性化合物是培养介质中与细菌生长相关的常见代谢物[15]、[16]。监测此类代谢物谱可能与未来基于培养法的脓毒症诊断开发相关，因为更早识别细菌生长可以支持更及时的决策[17]、[18]。
通过实现与液体样品的直接接触，PDMS-CSAs克服了先前仅限气相的CSA设备的局限性，允许快速准确地检测更广泛的细菌代谢标志物，包括挥发性和非挥发性物种[19]。当前脓毒症诊断依赖于血培养后进行抗菌药物敏感性测试（AST），这需要耗费大量人力，并且需要数天时间进行病原体鉴定和药物敏感性评估。这一延迟使临床决策复杂化，并增加了不良结果的风险。将PDMS-CSAs与血培养系统集成可以同时检测和鉴定细菌，同时其广泛的分析物敏感性为纳入AST工作流程提供了潜力，加速敏感性测试并减少诊断周转时间[20]、[21]、[22]。高水溶性分析物由于化学平衡倾向主要保留在液相中，从而限制了其在气相中的丰度。在这种情况下，PDMS基传感器阵列作为更合适的平台，因为溶解在液相中的分析物可以分配进入PDMS基质，随后向其中嵌入的指示剂扩散。
与依赖气相扩散的顶空传感方法不同，PDMS-CSAs通过聚合物介导的转运机制运行，其中PDMS既充当选择性分配介质又充当扩散通道。此外，该系统能够有效检测溶解在液相中的气态代谢物，同时最大限度地减少来自本体液体环境本身的干扰。总而言之，PDMS-CSA平台代表了一种稳健、低成本且用户友好的方法，用于快速、临床相关的细菌检测（表S1），提供了一种机理上知情改善脓毒症管理的策略，以及一个适用于临床和环境环境中下一代微生物传感的多功能框架。
章节摘要
材料
聚二甲基硅氧烷（PDMS；信越化学，KE109E A/B，1:1混合比）、茚三酮、5,10,15,20-四苯基-21H,23H-卟啉钴(II)（Co(II)TPPCl2，染料含量85%）、三水合乙酸铅(II)（99%）、Ellman试剂[5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)，98%]、溴酚蓝、氯酚红、四丁基氢氧化铵（TBAOH，水中约40%）、p-甲磺酸（TsOH）、二氯甲烷（DCM）、聚乙二醇（PEG，Mn = 300）、氢氧化铵（水中28–30% NH3，ACS级），
液相接触型PDMS-CSAs的设计与制造
比色传感器阵列（CSAs）在液相诊断中的成功实施取决于两个关键要求：(i) 将多种化学指示剂稳定固定而不发生渗出，以及(ii) 分析物无障碍地接触指示剂区域。传统纸基和膜基基底满足后者要求，但因纤维素和硝酸纤维素基质的亲水性而在前者方面失败，这使得染料在液体接触时容易流失。
结论
我们开发了一种PDMS-CSA平台，能够在直接接触液体的情况下稳定运行，实现灵敏、选择性和快速的细菌检测。将多种指示剂整合在PDMS基质中确保了均匀分布，防止染料渗出，并保持反应活性，为临床相关病原体产生明显的比色模式。该方法结合了操作简便性和高分析性能，提供了一种具有成本效益的早期感染
CRediT作者贡献声明
Sung H. Lim：撰写 – 审阅与编辑，监督，资金获取。Gi-Ra Yi：撰写 – 审阅与编辑，项目管理，资金获取。Jung Heon Lee：监督。Jaeyun Kim：监督。So Hui Kim：方法论，调查。Dong-In Shin：方法论，调查。Young-Min Kim：撰写 – 原稿，调查，形式分析，概念化。Myung-goo Lee：方法论，数据整理
利益冲突声明
? 作者声明以下经济利益/个人关系，这些可能被视为潜在的利益冲突：Gi-Ra Yi报告获得了韩国国家研究基金会的财政支持。如有其他作者，他们声明没有已知的竞争性经济利益或可能影响本文所报告工作的个人关系。
致谢
本研究由韩国国家研究基金会（NRF）资助（编号：NRF-2021R1A2C3013800，RS-2026-25504394），由韩国政府（MSIT）提供资金支持。
Young-Min Kim|Myung-goo Lee|So Hui Kim|Dong-In Shin|Jung Heon Lee|Jaeyun Kim|Sung H. Lim|Gi-Ra Yi
