0 引言

传染病严重威胁着人类健康。据世界卫生组织统计，平均每年有1 700 多万人死于各种传染病，约占全球死亡人数的30%[1]，主要分布于中低收入国家。实现传染病病原体的精准、快速、低成本检测对传染病的防治尤为重要。虽然目前有许多有效检测病原体的方法，如平板培养、显微镜直接观察法、基因组扩增和免疫检测等，但这些方法各有缺点，在贫瘠、条件有限的疫区并不适用。如病原体培养方法费时，通常需要数天或数周才能产生结果，而提前经验性使用抗生素可能会导致耐药菌的流行；显微镜检仅限于镜下查找病原体，存在现场检测灵敏度低的问题；聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR）和酶联免疫吸附测定法（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）通常依赖昂贵的仪器设备和专业操作人员。此外，在贫瘠偏远的疫区，生物样本往往被集中转运到上级医院或实验室进行检测，在数天或数周后方可收到检查结果，严重降低了偏远疫区的诊治效率。世界卫生组织针对中低收入国家在传染病床旁诊断所面临的复杂状况、多样性需求以及各种障碍，提出了即时检测（point-of-care testing，POCT）解决方案并创建了ASSURED 原则，即可支付（affordable）、特异（specific）、敏感（sensitive）、用户友好（user-friendly）、检测迅速可靠（rapid and robust）、无需设备或者设备简单（equipment free or minimal equipment）、易于携带（deliverable to end-users）。

近年来，检测病原体标志物（DNA/RNA、糖蛋白、酶、抗体等）的生物传感技术陆续出现，其通常基于纳米、微流控技术，依赖光、电、磁等检测方法，虽然产生阳性信号的机制各不相同，但都可通过优化检测条件或结合其他技术成为传染病病原体POCT的有力工具，实现病原体的快速检测。本文根据检测方法的不同，对基于光学、电化学、磁学的生物传感技术在传染病病原体POCT 中的研究进展及其应用的优缺点进行综述。

1 光学、电化学、磁学生物传感技术在传染病病原体POCT 中的研究进展

1.1 光学检测

1.1.1 荧光偏振法

荧光偏振法是一种常用的荧光分析方法，通过对探针进行荧光标记，然后探针与靶分子相互作用，从而产生偏振光。荧光偏振法与其他的荧光免疫检测方法相比，样本制备简单，已被用于流感[2]、结核分枝杆菌[3]、沙门菌[4]和布鲁氏菌[5]等病原体的检测。在免疫诊断方面，Gwida 等[6]分别应用虎红平板凝集试验（Rose-Bengal plate agglutination test，RBPT）、补体结合试验（complement fixation test，CFT）、试管凝集试验（standard tube agglutination test，SAT）、竞争性酶联免疫吸附测定（competitive enzyme linked immunosorbent assay，cELISA）和荧光偏振免疫分析方法（fluorescence poliarization immunoassy，FPIA）对来自苏丹的895 份骆驼血清进行布鲁氏菌的检测，结果显示FPIA 阳性率为79.3%，明显高于CFT（71.4%）、RBT（70.7%）、SAT（70.6%）和cELISA（68.8%）。实时定量荧光PCR 对传染病潜伏期的检测敏感度高但特异度低，而该方法同时具有很高的敏感度和特异度。在分子诊断方面，Zhang 等[2]报道了一种基于功能性量子点荧光探针及双功能蛋白结合适配体的甲型流感病毒荧光偏振检测平台，其线性范围为10～100 nmol/L，检测限为3.45 nmol/L。Park 等[4]利用荧光偏振法检测沙门氏菌，并对不同亚型的沙门氏菌（如鼠伤寒杆菌和副伤寒杆菌）进行鉴别，检出限为1 cfu/ml，检测完成时间为20 min。与传统的PCR 检测方法相比，该方法具有简便、快速、成本低、无需洗涤、受环境影响小等优点，结合微型PCR 仪和光学检测器，有望构建一个强有力的传染病病原体生物传感POCT平台。

1.1.2 表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）法

SPR 是一种光学现象，利用全反射时入射光与金属表面的等离子体发生共振的原理，实时跟踪天然状态下生物分子间的相互作用（如图1 所示）[7]。SPR技术有诸多优点，如样品用量少、检测速度快、灵敏度高[8]。SPR 与芯片技术结合，既可以充分发挥SPR高特异度、高灵敏度、不需标记及纯化、实时等特点，又可进一步结合基因芯片高通量的特点，从而快速、简单、准确地实现基因的定性和定量检测[9]。田玉峰等[10]利用SPR 型基因芯片系统成功检测出金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、奇异变形杆菌、洛菲不动杆菌、铜绿假单胞菌、淋球菌及人类乳头瘤病毒，其检测结果与临床常规检测结果一致。该方法取代了现有芯片的标记检测技术，实现了SPR 技术的高通量检测，整个过程简便且易于自动化，为临床病原微生物的早期发现及准确诊断提供了一定的理论和实验依据，具有较好的应用前景。Taylor 等[11]利用多通道SPR 仪实现了同时对4 种食源性病原菌（大肠埃希菌O157：H7、鼠伤寒沙门菌、单核细胞增生性李斯特菌和空肠弯曲菌）的定量检测，检出限为3.4×103～1.2×105cfu/ml。Hu 等[12]通过SPR 生物分析系统对猪圆环病毒Ⅱ型进行检测，检测一个样品的时间约为20 min，检出限达到0.04 mg/ml。

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