法兰克福歌德大学和基尔大学的研究人员开发了一种用于检测细菌的新型传感器。它基于具有创新表面涂层的芯片。这确保了只有非常特定的微生物才会粘附在传感器上，例如某些病原体。生物体数量越多，芯片产生的电信号越强。通过这种方式，传感器不仅能够高灵敏度地检测危险细菌，还能够确定其浓度。
每年，细菌感染都会夺去全世界数百万人的生命。这就是为什么检测有害微生物至关重要——不仅在疾病诊断中，而且在食品生产等领域也是如此。然而，迄今为止可用的方法通常非常耗时、需要昂贵的设备或者只能由专家使用。此外，他们通常无法区分活性细菌及其腐烂产物。
相比之下，新开发的方法只能检测完整的细菌。它利用了这样一个事实：微生物只攻击某些身体细胞，它们通过后者的特定糖分子结构来识别这些细胞。这种基质称为糖萼，根据细胞类型的不同而有所不同。可以说，它充当身体细胞的标识符。这意味着，要捕获特定细菌，我们只需要知道其首选宿主细胞糖萼中可识别的结构，然后将其用作“诱饵”。
这正是研究人员所做的。“在我们的研究中，我们想要检测肠道细菌大肠杆菌(简称大肠杆菌)的特定菌株，”法兰克福歌德大学无机与分析化学研究所的 Andreas Terfort 教授解释道。“我们知道病原体通常感染哪些细胞。我们用它来模拟这些宿主细胞表面的人工糖萼覆盖我们的芯片。这样，只有来自目标大肠杆菌菌株的细菌才会粘附在传感器上。”
大肠杆菌有许多短臂，称为菌毛，细菌利用它来识别宿主的糖萼并粘附在其上。特福特说：“细菌利用菌毛在多个地方与传感器结合，这使得它们能够很好地附着在传感器上。” 此外，人造糖萼的化学结构使得没有右臂的微生物会从其上滑落，就像鸡蛋从涂满油的煎锅上滑落一样。这确保了实际上只保留致病性大肠杆菌。
但科学家们如何证实细菌确实附着在人造糖萼上呢?“我们将糖分子与导电聚合物结合起来，”特福特教授手下的博士研究员、该论文的第一作者 Sebastian Balser 解释道。“通过这些‘电线’施加电压，我们能够读取有多少细菌与传感器结合。”
该研究证明了这种方法的有效性：研究人员将目标大肠杆菌菌株的病原体与不同浓度的无害大肠杆菌混合。“我们的传感器能够检测出即使是非常少量的有害微生物，”Terfort 解释道。“更重要的是，目标细菌的浓度越高，发出的信号越强。”
