工程院食品安全院士团队

科研成果转化平台

在人类与微生物的漫长 “斗争” 中，真菌性感染一直是棘手难题。真菌性感染不仅潜伏期长，而且常作为并发症出现，给早期诊断和治疗带来极大挑战。传统的检测方法，如血液培养、组织活检和成像技术，都存在耗时久、准确性欠佳或不适用于早期诊断的问题。分子生物学检测虽有潜力，但真菌复杂的细胞结构使得 DNA 提取困难重重，现有提取方法效率低、易受污染，严重影响检测的准确性和及时性。

近期，韩国研究团队在《Sensors & Actuators: B. Chemical》杂志发表了一项重要研究成果，为这一难题提供了创新解决方案。他们开发了一种基于修饰氧化锌纳米稻（HINRs）的便捷 DNA 提取方法，能够快速从真菌孢子中提取 DNA，大幅提升了真菌病原体检测效率。

研究人员通过温和可控的水热碱性法合成了氧化锌纳米稻（ZnO NRs），并使用二甲基辛二亚氨酸酯（DMS）对其进行表面修饰，成功制备出 HINRs。这种材料呈均匀的稻粒状，表面修饰增强了它在溶液中的分散性，使其能更有效地捕获真菌孢子和核酸。

HINRs 的优势体现在多个方面。在核酸提取过程中，它集细胞裂解、核酸富集和提取功能于一体，操作简便，仅需 12 分钟就能完成，且无需复杂设备和高盐有机溶剂，降低了成本，提高了核酸纯度。HINRs 在室温下保存 2 年，稳定性仍超 95%，远超传统方法和商业试剂盒。在性能测试中，HINRs 展现出卓越的提取能力。对比 ZnO 纳米花（ZnO NFs）和 ZnO NRs，HINRs 对真菌孢子的裂解和核酸提取效果最佳，其独特结构使其能更好地分散在溶液中，与孢子充分接触。研究人员进一步优化了 HINRs 的使用浓度、洗脱缓冲液 pH 值等条件，确定了最佳实验参数。

图 1：展示 HINRs 核酸提取方法的流程及原理，对比 ZnO NFs、ZnO NRs 和 HINRs 与真菌孢子作用的 SEM 图像，体现 HINRs 在穿透真菌屏障、收集 DNA 及覆盖孢子表面的优势。

在实际应用方面，HINRs 表现出色。在临床样本检测中，无论是人工感染的小鼠肺组织样本，还是患者的痰液样本，HINRs 都能快速准确地检测出真菌 DNA。在痰液样本检测中，它能在两小时内完成遗传物质收集和基因扩增检测，检测结果与临床报告高度吻合。在日常产品检测中，如血液、果汁、牛奶等，HINRs 也展现出强大的检测能力。尽管在牛奶等高蛋白、高脂肪样本中，低浓度孢子检测会受到一定干扰，但在其他样本中，其检测灵敏度和稳定性都优于商业试剂盒。

图 2：通过 UV - Vis 光谱、FTIR 光谱、Zeta 电位、XRD 分析、氮吸附 - 脱附等温线和 TGA 等手段，对 ZnO NFs、ZnO NRs 和 HINRs 的组成、结构、表面性质等进行表征，以探究材料特性。

图 3：以电泳条带强度代表扩增 DNA 量，比较 ZnO NFs、ZnO NRs 和 HINRs 对真菌孢子核酸的提取效果，优化 HINRs 应用条件并测试其稳定性和准确性。

图 4：在血液、牛奶、果汁等多种日常产品中，对比 HINRs 方法、ZnO + HI 方法和商业试剂盒对真菌孢子的检测效果，凸显 HINRs 在不同溶液中的检测优势。

图 5：运用 HINRs 方法对人工感染的小鼠肺组织和患者痰液样本进行曲霉感染检测，展示其在临床样本检测中的有效性和高灵敏度。

与商业试剂盒相比，HINRs 方法具有显著优势。它的提取灵敏度比部分商业试剂盒高两个数量级，尤其在高浓度样本提取时表现突出，且提取稳定性更好。在不同真菌浓度样本的检测中，HINRs 提取的 DNA 产量更高，纯度更稳定，受杂质污染的影响更小。

这项研究成果意义重大，HINRs 方法为真菌性感染的早期诊断提供了快速、准确的检测手段，有望广泛应用于临床诊断和日常检测场景。研究团队表示，未来将进一步优化 HINRs 试剂的用量和过滤膜等条件，探索其他辅助材料对检测结果的影响，以推动该技术的实际应用和发展，为全球抗击真菌性感染提供有力支持。

参考文献：Liu H, Lim S M, Zhang K, et al. Efficient handy DNA Extraction from Fungal Spores Using Modified ZnO Nano-Rices for Rapid Pathogen Detection[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2025: 137409.

来源：微生物安全与健康网，作者~王鑫。