用于快速低成本筛选耐药细菌的新型细胞传感器

由香港浸会大学的科学家领导的一个研究小组开发了一种新型的细胞传感器，这种传感器具有类似条形码的微通道结构，可以快速和低成本地筛选耐药细菌。该发明可能在资源有限的情况下大规模使用，例如对水、食品和公共设施进行频繁的安全检查，以及在传染病爆发期间对大量样本进行紧急调查，特别是在发展中国家。

一个研究论文这项新颖的发明发表在国际学术期刊上生物传感器和生物电子学．

一种快速、低成本的测试方法

抗生素通常用于治疗细菌感染，但抗生素的过度使用和误用已经造成了耐药性问题。抗菌药物敏感性试验(AST)是用来确定抗生素能有效抑制某种类型的生长吗细菌有效。然而，传统的AST方法太慢，因为它们需要16到24小时才能得到结果，而现代快速AST昂贵且需要精心设计的实验室设备。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，仅为那些怀疑含有耐药细菌的细菌安排先进的实验室检测。

有鉴于此，浸大化学系副教授任康宁博士领导的研究团队设计了一套全自动、无需显微镜的AST系统。它包括两个主要部分:细胞培养区和“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，这些液体中含有细胞培养基以及不同浓度的抗生素。“条形码”细胞传感器包含一组平行排列的“自适应线性滤波器”，类似于“条形码”结构。用户可以通过使用研究人员开发的移动应用程序扫描“条形码”，在三小时内完成现场筛查，它将显示样品中是否存在耐药致病菌。

用棒材长度表示的细菌数量

使用该系统进行AST时，将细菌样品注射到细胞培养区孵育。微通道内测试样品中的细菌根据不同浓度的抗生素表现出不同的增殖速率。

文化期结束后细菌细胞将流经“自适应线性滤波器”。细胞不会聚集在微通道侧壁的纳米孔周围，相反，它们会被流体驱动下来，并从微通道的末端收集起来。堆积起来的细胞会形成可见的竖条，其长度与细菌的数量成正比细胞在不同浓度的抗生素下培养。

然后，可以用装有微距镜头的手机拍摄AST生成的“条形码”，手机应用程序将自动分析图像。

结果与常规AST一致

在培养期后，如果细胞传感器的所有“条”的长度都差不多，则说明所测抗生素不能抑制细菌的生长，因此细菌样品对所测抗生素具有耐药性。如果“条”的长度通常与微通道中抗生素的浓度成反比，则表明所测试的抗生素通常能有效地阻止细菌的生长，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，表明抗生素的抗菌效果在其浓度达到一定水平时发生飞跃。

研究小组使用“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AST的结果一致，测试可以在3小时内完成，比传统AST快得多。其他研究人员开发的微流控方法也可以达到类似的速度，但它们通常依赖于昂贵的仪器进行分析。

在资源有限地区使用的潜力

“我们的‘条形码’检测系统是对抗抗菌素耐药性的一种很有前途的新工具。我们希望它将有利于在食品工业、公共场所和医疗机构中对耐药细菌进行常规筛查，因为它不需要先进的临床设施或专业的检测技能，”任博士说。

“条形码”电池传感器的生产成本很低，估计每件不到一美元。研究小组已经为这种“条形码”细胞传感器提交了专利申请。“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，”任博士补充说。