在美国持续蔓延的高致病性H5N1禽流感，对乳制品和家禽养殖场构成严重威胁，农民和公共卫生专家迫切需要实时监测感染的新方法以应对疫情。近日，美国华盛顿大学圣路易斯分校教授Rajan Chakrabarty带领团队，通过改进电化学电容生物传感器的检测速度和灵敏度，成功研发出能监测H5N1气溶胶颗粒的新型检测装置。相关研究成果发表于《Acs 传感器》。

“这是首款能够检测空气中病毒和细菌颗粒的生物传感器。”Chakrabarty说。传统检测方法是使用耗时较长的聚合酶链式反应(PCR)DNA检测技术，需要至少10小时，根本无法有效遏制疫情爆发。新型生物传感器则可以在5分钟内完成检测，同时保留微生物样本以供进一步分析，并能显示农场环境中病原体浓度范围，为采取即时防控措施提供了可能。

当研究团队启动该项目时，H5N1还仅限于接触传播阶段。“随着论文研究的推进，病毒也在同步进化。此次流行的毒株与以往存在显著差异。”Chakrabarty说。过去一年，禽流感病毒已发生危险转变——可通过空气颗粒传播给哺乳动物，包括人类。该病毒已证实对猫科动物致命，并至少造成一例人类死亡病例。美国农业部动植物卫生检验局(APHIS)最新数据显示，美国4个州至少新增35例奶牛感染病例，其中大部分集中在加利福尼亚州。

当前防控措施包括生物安全隔离、场地消毒和设备灭菌，以及限制动物接触等防护控制，必要时采取大规模扑杀。美国农业部近期有条件批准了禽流感疫苗，有望为禽类养殖场提供更多保护。

这款生物传感器采用台式打印机大小的集成式病原体采样检测装置，可部署在禽畜舍通风口。其核心技术源自用于采集新冠病毒气溶胶的“湿式旋风生物气溶胶采样器”——含病原体的空气高速进入采样器后，与壁面液体形成表面涡旋从而捕获病毒气溶胶。自动泵送系统每5分钟将样本液体输送至生物传感器进行检测。

研究人员通过优化电化学生物传感器表面，成功将检测灵敏度提升至每立方米空气中少于100个病毒RNA拷贝。该检测技术的一大优势是非破坏性，样本检测后仍可保存用于传统PCR分析。此外，整套系统可实现全自动运行，无需生化专业知识即可操作，且采用经济易得的材料制造，支持大规模生产。

更值得关注的是，该传感器具备检测多种病原体的扩展潜力。Chakrabarty透露：“虽然当前版本针对H5N1研发，但经过调整可检测其他流感病毒株（如H1N1）、新冠病毒以及大肠杆菌、假单胞菌等气溶胶态细菌，相关验证数据已体现在论文中。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acssensors.4c03087