快速筛选耐药细菌

具有类似条码的微通道结构的细胞传感器由两个主要部分组成:细胞培养区和“条码”细胞传感器。

资料来源:香港浸会大学

抗生素常用于治疗细菌感染但抗生素的过度使用和滥用已经造成了耐药性问题。抗微生物药敏试验(AST)用于确定哪些抗生素可以有效地抑制某种细菌的生长。然而，传统的AST方法速度太慢，需要16 - 24小时才能得到结果，而现代的快速AST费用昂贵，需要精密的实验室设备。因此，需要一种快速和具有成本效益的策略来现场筛选细菌样本，先进的实验室检测只安排给那些怀疑含有细菌的人耐药细菌．

为此，浸大化学系副教授任康宁博士带领的研究小组设计了一套全自动无显微镜AST系统。它包括两个主要部分:一个细胞培养区和一个“条形码”细胞传感器。细胞培养区由一组充满液体的微通道组成，这些液体包含细胞培养基以及不同浓度的抗生素。“条形码”细胞传感器包含平行排列的“自适应线性滤波器”阵列，类似于“条形码”结构。用户可以通过研究人员开发的手机应用程序扫描“条形码”，在3小时内完成现场筛查，它将显示样本中是否存在耐药致病菌。

使用该系统进行AST时，将细菌样本注入细胞培养区并孵育。微通道内的测试样本中的细菌根据不同浓度的抗生素表现出不同的增殖速率。

培养期结束后，细菌细胞将流过“自适应线性过滤器”。细胞不会聚集在微通道侧壁的纳米孔周围，相反，它们会被液体驱动下来，并从微通道的末端收集。积聚的细胞会形成可见的竖条，竖条的长度与在不同浓度抗生素下培养的细菌细胞数量成正比。

然后，用户就可以用配备了宏观镜头的手机来拍摄AST生成的“条形码”手机应用程序．

在培养周期结束后，如果细胞传感器的所有“条”长度相似，则意味着被测试的抗生素不能抑制细菌的生长，因此细菌样本对被测试的抗生素具有耐药性。如果“条”的长度通常与微通道中抗生素的浓度成反比，这表明被测试的抗生素通常可以有效地抑制细菌的生长，因此细菌不耐药。当两个相邻的“条”在长度上显示出明显的差异时，这表明当抗生素的浓度达到特定水平时，抗生素的抗菌效果跃进。

研究组用“条形码”细胞传感器对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行了检测，结果与传统的AST检测结果一致，检测时间可在3小时内完成，比传统的AST快得多。微流控其他研究人员开发的方法也可以达到同样的速度，但它们一般依赖昂贵的仪器进行分析。

资源有限区域的使用潜力

“我们的‘条形码’测试系统是对抗抗菌素耐药性的一种有前途的新工具。我们希望它将有利于食品行业、公共场所和医疗设施的常规耐药细菌筛查，因为它不需要先进的临床设备或专业的检测技术。”任博士说。

“barcode”电池传感器的生产成本较低，预计在1美元/片以下。该研究团队已经为“条形码”细胞传感器申请了专利。“我们计划将我们的发明发展成一种便携式AST仪器，最终，我们希望它能在资源有限的地区使用，”任博士补充道。