这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

作者及机构

本研究由Pannawich Thirabowonkitphithan（瑞典马尔默大学、泰国朱拉隆功大学）、Rokas Žalnėravičius（立陶宛维尔纽斯大学）、Atefeh Shafaat（马尔默大学）等多名学者合作完成，通讯作者为Rokas Žalnėravičius和Wanida Laiwattanapaisal。研究发表于期刊Biosensors and Bioelectronics（2024年卷246期，文章编号115892），在线发布于2023年11月30日。

学术背景

研究领域：本研究属于微生物电化学与生物传感器交叉领域，聚焦于医学相关微生物生物膜（biofilm）的电活性及其检测技术。

研究动机：
1. 临床需求：超过80%的感染与生物膜相关（如慢性伤口、导管感染），但现有检测方法（如培养法、生化测试）耗时长且依赖专业人员，亟需快速、便携的检测技术。
2. 科学问题：微生物生物膜具有电活性（electrogenicity），可通过电化学信号（如开路电位OCP、电流）反映其形成过程，但多物种生物膜的协同电活性机制尚不明确。
3. 技术瓶颈：现有电化学生物膜传感器尚未实现无线化，限制了临床转化。

研究目标：
1. 量化单物种及多物种生物膜的电化学特性（OCP、电流密度）；
2. 验证多物种生物膜中微生物共享电子介体（redox mediators）的协同效应；
3. 开发基于近场通信（NFC）技术的无线、无芯片生物膜检测方法。

研究流程与实验方法

1. 生物膜培养与电化学检测

• 研究对象：
  
  • 单物种：革兰阳性菌（*Staphylococcus aureus*、*Streptococcus gordonii*）、革兰阴性菌（*Pseudomonas aeruginosa*、*Escherichia coli*）、酵母菌（*Candida albicans*）；
    
  • 多物种：*S. aureus*与*P. aeruginosa*共培养（比例10:1）。
    
• 电极系统：玻碳电极（glassy carbon electrode, GCE）作为生物膜宿主电极（bioanode），Ag/AgCl电极作为参比/对电极。
  
• 实验方法：
  
  • 电位监测（OCP）：记录生物膜形成过程中GCE的电位变化（24小时）。
    
  • 电流密度测量：通过外接电阻（100 kΩ）计算生物膜产生的电流与功率密度。
    
  • 显微镜验证：扫描电镜（SEM）和共聚焦显微镜（CM）观察生物膜形貌及覆盖率。
    

2. 多物种协同机制验证

• 关键实验：将*S. aureus*生物膜电极转移至*P. aeruginosa*培养滤液，监测OCP变化，证明*S. aureus*可利用*P. aeruginosa*分泌的电子介体（如吩嗪类化合物）。
  
• 对照实验：无菌培养基中电极电位保持稳定，排除pH干扰（pH变化仅导致±59 mV波动）。
  

3. 无线传感器开发

• 设计原理：
  
  • 将NFC标签天线部分替换为AgCl层（高电阻），连接生物膜宿主电极；
    
  • 生物膜电流还原AgCl为Ag（低电阻），改变天线阻抗，通过反射系数（|S11|）无线检测阻抗变化。
    
• 验证步骤：
  
  • 生物膜形成后，AgCl层电阻从>1 kΩ降至<100 Ω；
    
  • 天线谐振频率从19.78 MHz降至15.76 MHz，证实无线检测可行性。
    

主要结果

1. 单物种生物膜电活性差异：
   
   • *P. aeruginosa*生物膜OCP最低（-200 mV vs Ag/AgCl），电流密度最高（1.3×10⁻⁶ A/cm²）；
     
   • *S. aureus*电活性较弱（OCP -90 mV，电流密度0.9×10⁻⁷ A/cm²）。
     
2. 多物种协同效应：
   
   • *S. aureus*与*P. aeruginosa*共培养生物膜的OCP达-250 mV，电流密度（1.6×10⁻⁶ A/cm²）高于单物种，证实电子介体共享。
     
3. 无线检测验证：
   
   • AgCl层电阻降低与生物膜电流生成同步，|S11|频率偏移可无线识别生物膜形成。
     

结论与价值

1. 科学意义：
   
   • 首次揭示多物种生物膜通过共享电子介体增强电活性的协同机制；
     
   • 为临床多微生物感染检测提供电化学理论基础。
     
2. 技术价值：
   
   • 开发首例无芯片、无电池的无线生物膜传感器，简化检测流程；
     
   • 潜在应用场景：集成于伤口敷料、导管等医疗设备，实现实时感染监测。
     

研究亮点

1. 创新发现：多物种生物膜的电活性协同效应；
   
2. 方法创新：基于NFC的无线检测设计，避免复杂仪器依赖；
   
3. 临床导向：针对慢性伤口常见病原菌（如*S. aureus*和*P. aeruginosa*）优化检测策略。
   

其他价值

• 数据公开性：研究数据可通过请求获取，支持后续研究复现；
  
• 跨学科合作：结合微生物学、电化学与无线传感技术，为生物膜研究提供新范式。
  

（全文约2000字）