中山大学 南京大学| 最新BB |基于呼气冷凝液的无标记电化学病毒检测平台

一种基于呼气冷凝液的无标记电化学生物传感器，用于病毒感染的居家无创监测

第一作者： Miaomiao Chen

通讯作者： Si-Yang Liu，Zong Dai，Yuzhi Xu

通讯单位： 中山大学深圳校区生物医学工程学院，广东省传感技术与生物医学仪器重点实验室；中山大学附属第七医院；南京大学生命分析化学国家重点实验室等

发表时间： 2026年4月21日

发表期刊： Biosensors and Bioelectronics（中科院1区Top）

这篇文章作者提出EBCatch平台，把检测样本从我们常见的鼻拭子换成了呼气冷凝液。使用者只需要对着一次性口含管平稳呼气，装置中的半导体制冷模块会把呼出气体中的水汽和呼吸道微小液滴冷凝下来，形成可检测样本。随后，样本被加入到ACE2受体修饰的碳纳米管电化学传感器上，病毒相关颗粒与受体结合后引起电流变化，再由手机程序自动读取和判断。从结果看，EBCatch平台对SARS-CoV-2假病毒的检测限达到1.6 fg/mL，从采样到结果输出可在8分钟内完成。临床样本验证中，系统在155份样本中实现了95.06% 的敏感性、97.30%的特异性和96.13%的总体准确率。更值得注意的是，该平台能够在症状前阶段和抗原转阴后阶段捕捉感染相关信号，提示它可能不仅用于“是否感染”的判断，也可用于感染过程和传染风险的动态监测

1. 样本从“鼻拭子”换成“呼气冷凝液”。
传统抗原检测依赖鼻拭子采样，采样深度、操作规范性都会影响结果。EBCatch选择检测呼气冷凝液，也就是把呼出的气体冷凝成液体样本，减少了采样不适和操作者依赖。

2. 8分钟内完成从采样到结果输出。
平台用半导体制冷模块在短时间内收集呼气冷凝液，再将样本用于无标记电化学检测，最后由手机程序自动判断结果。文章显示，该流程从样本采集到结果输出可在8分钟内完成。

3. 不只反映病毒载量，还可能反映病毒活性。
PCR检测的是病毒RNA片段，而EBCatch依赖完整病毒颗粒与ACE2受体之间的结合，它的信号可能更接近病毒活性和传染风险，而不仅是病毒核酸残留。

Figure 1 展示了EBCatch的整体流程和采集模块。使用者平稳呼气后，半导体冷凝装置收集 EBC 样本，随后进行电化学检测和手机端读数。整个流程包括采样、电化学 i-t 响应和数字化诊断，时间控制在 8 分钟以内。在采集性能方面，作者比较了不同采集时间下的 EBC 体积，结果显示 30 秒即可获得足够检测体积。不同年龄志愿者测试中，系统表现出较好的采集一致性。用户体验调查也显示，多数受试者认为该采样方式舒适、操作负担较低。相比鼻拭子，这种“吹气式”采样更容易标准化，也更适合儿童、老人和需要反复监测的人群。

Figure 1（A）EBCatch 居家检测流程：呼气采样、电化学检测、手机读数。（B）呼气冷凝液采集装置结构。（C–E）不同采集时间和不同人群中的 EBC 体积。（F）受试者对采样舒适度和可接受度的评价。（G）鼻拭子采样不规范可能导致无效或假阴性结果。（H–J）EBC 与鼻拭子 qRT-PCR 结果比较，以及感染全过程中的 EBCatch 信号变化。

Figure 2 是ACE2/PBA/SWCNT/SPE 电化学传感器的构建和基础表征。这张图说明传感器如何一步步修饰：SPE 上负载 SWCNT，再通过 PBASE 固定 ACE2，最后用 BSA 封闭。CV、DPV 和稳定性结果证明传感界面构建成功，并能检测刺突蛋白。

Figure 2（A）传感器修饰流程：SWCNT 修饰、PBASE 连接、ACE2 固定和 BSA 封闭。（B–D）不同修饰步骤后的电化学表征。（E–F）传感器对 SARS-CoV-2 刺突蛋白的检测响应和标准曲线。（G）传感器储存稳定性测试。

Figure 3 SKPM 和 AFM 证明界面结合。这张图从表面电势和形貌变化角度验证 ACE2 固定和 SP 结合。SP 结合后界面粗糙度和电势分布发生变化，支持后续无标记电化学检测机制。

Figure 3（A–C）PBA/SWCNT、ACE2/PBA/SWCNT 和 SP 结合后的表面电势图。（D–F）对应界面的 AFM 形貌图。

Figure 4这张图是传感器性能核心，展示其在 PBS 中无需外加红氧化还原试剂即可检测 SP 和假病毒。假病毒检测限达到 1.6 fg/mL，响应时间约30秒，同时具有一定特异性和平台可扩展性。

Figure 4（A）不同修饰电极在 PBS 中的电化学响应。（B）有无 ACE2 时对刺突蛋白和假病毒的响应比较。（C–D）PBASE 对检测信号的增强作用。（E–F）刺突蛋白和假病毒的检测标准曲线。（G–H）对 SARS-CoV-2 及其他呼吸道病毒的特异性测试。（I）更换不同受体后，可识别对应病毒。

Figure 5 这张图展示了手机程序如何导入 i-t 曲线并输出阴性、阳性或复测结果。临床 EBC 样本中，阳性和阴性样本的电流响应有明显区分，并据此建立诊断阈值。

Figure 5（A）手机 App 自动分析界面。（B–D）阴性、阳性和需复测样本的代表性结果。（E–G）临床样本来源、症状和病毒株分布。（H–J）阴性和阳性 EBC 样本的电化学信号差异及诊断阈值。

Figure 6 这张图进一步验证 EBCatch 在 WA、Delta、Omicron 等变异株中的检测一致性，也比较了EBC、鼻拭子和唾液样本的响应。自动分析结果显示较高的阴性和阳性分类准确率，并可初步评估症状严重程度。

Figure 6（A）不同 SARS-CoV-2 变异株的 EBCatch 响应。（B）不同感染阶段和康复阶段的检测结果。（C）同一患者 EBC、鼻拭子和唾液样本的响应比较。（D–E）阴性和阳性样本的自动诊断准确性。（F）不同症状程度下的分类表现。

作者提出了一个名为 EBCatch 的呼气冷凝液病毒检测平台。它通过半导体制冷装置快速收集呼气冷凝液，再利用 ACE2 功能化的 SWCNT 电化学传感器进行无标记检测，最后由手机端程序完成自动判读。从临床验证看，EBCatch 在155份样本中实现了较高的敏感性、特异性和总体准确率，并能覆盖症状前、症状期和抗原转阴后的感染阶段。相比传统鼻拭子抗原检测，它的优势在于采样更舒适、操作者依赖更低，并且有潜力进行连续监测。更进一步，EBCatch 的响应可能与病毒活性相关，为判断感染者传染风险提供了新的思路。为呼吸道病毒POCT提供了一个比较完整、也很有转化潜力的方案。

https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.118721

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