在人類與微生物的漫長 “斗爭” 中，真菌性感染一直是棘手難題。真菌性感染不僅潛伏期長，而且常作為并發癥出現，給早期診斷和治療帶來極大挑戰。傳統的檢測方法，如血液培養、組織活檢和成像技術，都存在耗時久、準確性欠佳或不適用于早期診斷的問題。分子生物學檢測雖有潛力，但真菌復雜的細胞結構使得 DNA 提取困難重重，現有提取方法效率低、易受污染，嚴重影響檢測的準確性和及時性。
近期，韓國研究團隊在《Sensors & Actuators: B. Chemical》雜志發表了一項重要研究成果，為這一難題提供了創新解決方案。他們開發了一種基于修飾氧化鋅納米稻（HINRs）的便捷 DNA 提取方法，能夠快速從真菌孢子中提取 DNA，大幅提升了真菌病原體檢測效率。
研究人員通過溫和可控的水熱堿性法合成了氧化鋅納米稻（ZnO NRs），并使用二甲基辛二亞氨酸酯（DMS）對其進行表面修飾，成功制備出 HINRs。這種材料呈均勻的稻粒狀，表面修飾增強了它在溶液中的分散性，使其能更有效地捕獲真菌孢子和核酸。
HINRs 的優勢體現在多個方面。在核酸提取過程中，它集細胞裂解、核酸富集和提取功能于一體，操作簡便，僅需 12 分鐘就能完成，且無需復雜設備和高鹽有機溶劑，降低了成本，提高了核酸純度。HINRs 在室溫下保存 2 年，穩定性仍超 95%，遠超傳統方法和商業試劑盒。在性能測試中，HINRs 展現出卓越的提取能力。對比 ZnO 納米花（ZnO NFs）和 ZnO NRs，HINRs 對真菌孢子的裂解和核酸提取效果最佳，其獨特結構使其能更好地分散在溶液中，與孢子充分接觸。研究人員進一步優化了 HINRs 的使用濃度、洗脫緩沖液 pH 值等條件，確定了最佳實驗參數。
圖 1：展示 HINRs 核酸提取方法的流程及原理，對比 ZnO NFs、ZnO NRs 和 HINRs 與真菌孢子作用的 SEM 圖像，體現 HINRs 在穿透真菌屏障、收集 DNA 及覆蓋孢子表面的優勢。
在實際應用方面，HINRs 表現出色。在臨床樣本檢測中，無論是人工感染的小鼠肺組織樣本，還是患者的痰液樣本，HINRs 都能快速準確地檢測出真菌 DNA。在痰液樣本檢測中，它能在兩小時內完成遺傳物質收集和基因擴增檢測，檢測結果與臨床報告高度吻合。在日常產品檢測中，如血液、果汁、牛奶等，HINRs 也展現出強大的檢測能力。盡管在牛奶等高蛋白、高脂肪樣本中，低濃度孢子檢測會受到一定干擾，但在其他樣本中，其檢測靈敏度和穩定性都優于商業試劑盒。
圖 2：通過 UV - Vis 光譜、FTIR 光譜、Zeta 電位、XRD 分析、氮吸附 - 脫附等溫線和 TGA 等手段，對 ZnO NFs、ZnO NRs 和 HINRs 的組成、結構、表面性質等進行表征，以探究材料特性。
圖 3：以電泳條帶強度代表擴增 DNA 量，比較 ZnO NFs、ZnO NRs 和 HINRs 對真菌孢子核酸的提取效果，優化 HINRs 應用條件并測試其穩定性和準確性。
圖 4：在血液、牛奶、果汁等多種日常產品中，對比 HINRs 方法、ZnO + HI 方法和商業試劑盒對真菌孢子的檢測效果，凸顯 HINRs 在不同溶液中的檢測優勢。
圖 5：運用 HINRs 方法對人工感染的小鼠肺組織和患者痰液樣本進行曲霉感染檢測，展示其在臨床樣本檢測中的有效性和高靈敏度。
與商業試劑盒相比，HINRs 方法具有顯著優勢。它的提取靈敏度比部分商業試劑盒高兩個數量級，尤其在高濃度樣本提取時表現突出，且提取穩定性更好。在不同真菌濃度樣本的檢測中，HINRs 提取的 DNA 產量更高，純度更穩定，受雜質污染的影響更小。
這項研究成果意義重大，HINRs 方法為真菌性感染的早期診斷提供了快速、準確的檢測手段，有望廣泛應用于臨床診斷和日常檢測場景。研究團隊表示，未來將進一步優化 HINRs 試劑的用量和過濾膜等條件，探索其他輔助材料對檢測結果的影響，以推動該技術的實際應用和發展，為全球抗擊真菌性感染提供有力支持。
參考文獻：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.
來源：微生物安全與健康網，作者~王鑫。
