新型生物传感器可以快速检测水样中的隐孢子虫污染

工程学院的研究人员开发出一种新颖的小型廉价的生物传感器，，可以快速准确地检测水样中的隐孢子虫污染。几十年来，科幻小说粉丝一直梦想着实时测试生物污染的手持式“三重奏”。UBC Okanagan工程师表示，该技术比以往任何时候都更接近科学事实。

隐孢子虫是一种肠道病原体，是世界上呼吸道和胃肠道疾病的主要原因之一。受寄生虫污染的饮用水会导致腹泻，在极端情况下，甚至可能导致死亡。隐孢子虫是常见的人畜共患病原体，可以通过饮用水，娱乐用水及动物进行传播，隐孢子虫是公认导致腹泻的常见病因之一，全世界每年约有5000万5岁以下儿童感染隐孢子虫，31万小于15岁的儿童死于腹泻，大多发生在发展中国家，近年来隐孢子虫在世界上发病率呈逐年上升趋势。

“目前检测隐孢子虫的方法需要过滤大量的水，分离出生物体，用荧光标记染色，并试图用显微镜识别病原体，”UBC Okanagan工程学院的博士生George Luka说。主要作者。“这个过程非常缓慢，昂贵且无法产生可靠的结果。”

Luka说，迫切需要开发一种快速，灵活，准确和实时的检测工具，以应对保护水消费者免受这种常见且潜在危险的污染的挑战。

为了解决这个问题，Luka和他的同事测试了一种特殊设计和校准的生物传感器。在水样中使用不同浓度的病原体，他们能够确定其检测隐孢子虫污染的能力。

“生物传感器完全按照我们的希望进行，能够快速测量隐孢子虫污染，无需复杂的准备工作和训练有素的技术人员，”Luka说。“这是一个令人印象深刻的解决方案，可以轻松集成到便宜的便携式设备中，以便在世界任何地方实时测试饮用水。”

Luka还表示，可以扩展生物传感器以测量其他生物标记物和危害。

“该技术具有真正的潜力，可用于测试医疗和环境应用中的各种生物污染。测试水和环境安全性的手持式传感器很快就会成为现实。”

隐孢子虫和贾第虫的出现及危害

1.“两虫”的危害

“两虫”问题在世界范围内普遍存在，由于其在供水系统中存活时间较长，对氯等消毒剂的耐受性高，存在“两虫“污染的水对供水安全造成极大威胁。研究表明：隐孢子虫的致病剂量为1～10个活孢囊，贾第虫的致病剂量为10～100个活孢囊[3]。自1984年美国的德克萨斯州发生第一起由供水系统引起的大规模水传播媒介的隐孢子虫病以来，迄今为止全世界已在6大洲80多个国家至少300个地区发生过隐孢子虫和贾第虫引发的疾病。感染隐孢子虫和贾第虫病后常规症状是腹泻，可伴随脱水、腹痛、发烧和恶心呕吐。免疫力健全者一般症状可持续1～2周，但对人体免疫缺陷病毒（HIV）感染者和患有免疫缺陷综合症（AIDS）的人群会危及生命，且目前对“两虫”病尚无特效治疗药物[4]。但有研究表明[5]，感染后即使健康人群也存在致死的危险：如1993年美国Wisconisn Milwaukee的水厂供水系统被C.parvum污染，导致40多万人感染，至少69人死亡。

2. “两虫”污染的研究现状

隐孢子虫和贾第虫在水环境中普遍存在。Graun等人对美国西部4座水库和8条河流调查结果表明，隐孢子虫在地表水中卵囊个数平均为1个/L，最高达3个/L，最低为0.21个/L；Natl等人对英国6个地下水源调查发现，3个检测结果为隐孢子虫呈阳性；Carrie等人对美国23个洲199个地点463个水样的检测发现，12％的水样呈隐孢子虫或贾第虫阳性；我国目前能够从事病原性微生物检测的供水企业较少，但山东、安徽等地的腹泻病患中贾第虫感染率为5～8.6%，隐孢子虫感染率1.9%，初步检测发现我国一些水源水确有“两虫”致病原生动物的存在[6]。

饮用水常规处理工艺无法有效去除“两虫”类致病原生动物，导致由其引发的供水媒介疾病传染事件普遍存在。在北美洲腹泻患者中，隐孢子虫检出率为0.6%~4.3%，欧洲检出率为1%~2%，在亚洲、非洲等地检出率高达3％～4％，我国的江苏、安徽、山东、湖南等省每年均有“两虫”感染的病历报道。调查表明，我国一个水源水质较差的地区其感染率可高达20%[6]。

由于生活方式的不同，在习惯饮用生水的欧美国家“两虫”问题突出，相应的处理技术研究起步较早，而我国传统习惯饮用开水，从而在很大程度上降低了“两虫”等生物的致病风险。但随着饮用水水质标准的提高，特别是直饮水的需求增加，对于“两虫”的研究正成为我国饮用水处理领域的研究热点。