气-液微流控结合表面增强拉曼光谱：更快速、更准确地识别细菌
2025-06-29 10:25:36   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

细菌鉴别对于准确的微生物诊断和及时的抗生素治疗至关重要。表面增强拉曼光谱（SERS）凭借非侵入性、无标记的分子传感能力成为一种理想的技术。通过分析含有各种嘌呤衍生物的细菌上清液，SERS可以根据其独特的光谱分布来区分细菌种类。然而，具有不同抗生素耐药性的一类细菌可能会分泌相似的嘌呤衍生物，仅在成分上略有差异。此外，每种嘌呤衍生物对SERS基底的分子亲和力可能不同，使其难以区分确切的分子比例。

据麦姆斯咨询报道，台湾大学（NTU）的科学家开发了一种新型微流控系统，可以检测细菌细微的“化学指纹”，有助于识别抗生素耐药菌株。这项技术可以帮助医生快速准确地诊断感染。这项研究成果已经以“Air-liquid microfluidics-integrated surface-enhanced Raman spectroscopy for selective molecular adsorption and detection to achieve bacterial discrimination”为题发表在Biosensors and Bioelectronics期刊上。

准确快速地鉴别细菌对于为病人开具正确的抗生素至关重要，尤其是在耐药性感染威胁日益加剧的当下。传统的诊断方法通常需要耗时的培养步骤，这会延误治疗并增加患者的风险。

台湾大学研究人员开发的集成微流控和光学传感技术的新工具，能够以快速、微创的方式对细菌分泌物进行高度详细的化学分析。

该系统由气液微流控和基于SERS的基底组成，称为ALM-SERS，可捕获细菌自然释放的微小分子的化学信号。这些分子包括嘌呤衍生物，而嘌呤衍生物在不同细菌种类和菌株之间存在细微差异。

ALM-SERS系统示意图及照片。该系统可将样品微液滴移动到一系列微孔中，连续采集八个SERS光谱，以区分细微差异的细菌。

然而，识别这些差异并不容易，有些分子比其他分子与检测表面的结合更强，从而掩盖了较弱分子的信号。该团队通过一种巧妙的设计克服了这一挑战。他们开发的装置可将含有细菌分泌物的微液滴移动到一系列微孔中。

每个孔根据结合强度选择性地吸收不同分子，产生一系列光谱指纹，共同为样品提供更清晰的图像。

利用主成分分析（PCA）和支持向量机（SVM）等先进数据处理技术进行分析

通过使用主成分分析（PCA）和支持向量机（SVM）等先进数据处理技术分析所有八个孔的模式，研究人员能够区分关系密切的细菌菌株，即使它们属于同一物种但具有不同的抗生素耐药性特征。在实验室和真实世界临床样本的测试中，该系统取得了显著准确的结果。

这项创新的微流控系统为医院中更快、更精确的诊断打开了大门，在药物开发、食品安全和环境监测方面具有潜在应用。

Nien-Tsu Huang教授表示：“这颗芯片不只是拍一张快照，它读取的是整个分子吸附的图景。这使得实时发现超级细菌和普通细菌之间微小的代谢差异成为可能，为靶向治疗提供了更快的途径。”

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117576

延伸阅读：

《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》