自稀释微流控芯片实现快速抗菌药敏测试，用于耐药性研究和即时诊断
2025-07-02 09:45:50   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

抗生素耐药性（AMR）已成为21世纪人类的主要健康威胁之一。为了减轻其威胁，通过抗菌药物敏感性试验（AST）测定最低抑菌浓度（MIC），即经过一夜培养后抑制细菌可见生长的抗生素的最低浓度，已成为一种金标准方法。如果能在短时间内准确测定抗生素的最低抑菌浓度，就可以及时为患者开具适当的抗生素，以防止过量用药，从而减轻抗生素耐药性。

为了实现这一目标，过去已经试验了多种基于微流控的平台，包括微芯片、基于液滴的平台、微通道、浸入式测试条和微流控圆盘等。微流控技术的优势已被证明优于传统方法，在即时诊断（POCT）方面展现出巨大潜力。然而，这类平台的发展仍面临着各种挑战。

据麦姆斯咨询介绍，香港大学和香港城市大学的研究人员近期在Microsystems & Nanoengineering期刊上发表了一篇题为“Rapid antimicrobial susceptibility tests performed by self-diluting microfluidic chips for drug resistance studies and point-of-care diagnostics”的研究成果。研究人员在这项新研究中旨在利用微流控芯片的特性，提高此类器件在抗菌药物敏感性试验和即时诊断中应用的可能性。尤其，研究人员研究了SlipChip，这是一种通过滑动操作在预制微结构之间切换液体路径，实现控液和反应操作的微流控芯片。SlipChip无需泵或阀门，就能完成多路微流控过程，并且可以根据应用需求预先加载试剂或用户现场加载。

尽管仍存在一些缺点，但SlipChip AST的可行性之前已有研究证明。不过，以往的研究大多集中于少数几个最低抑菌浓度范围较小的突出物种，而在临床环境中，测试条件可能要复杂的多。这包括多种细菌物种和宽泛的最低抑菌浓度，以及需要区分最低抑菌浓度差异较小的细菌物种等。

SDFAST与目前传统方法的比较示意图

因此，在本研究中，研究人员引入了SDFAST（自稀释快速抗菌药物敏感性测试），它可以克服传统方法和先前SlipChip AST研究的缺点。与传统方法相比，研究人员将微芯片与比色水溶性四唑盐-8（WST-8）测定法结合，在孵育4-6小时后即可产生结果，显著缩短了周转时间。传统方法依赖于琼脂上的浊度或抑菌区的变化。当两个样本之间的最低抑菌浓度存在微小差异时（≤1 µg/mL），很难从这些指标中识别出来。相比之下，比色测定法显示出易于识别的特征性颜色变化。此外，它很容易以低成本量化颜色变化。研究中，研究人员利用免费的图像处理程序ImageJ分析了每个孔的颜色强度。在即时诊断应用环境中，这可以通过智能手机进行简单拍摄和深度学习来完成。这些特性可以确保该方法的准确性。

SDFAST器件（a）：包含一个顶层芯片（b）和一个底层芯片（c）

与以往的研究相比，研究人员的设计能够实现“自稀释”，即在微流控系统中进行抗生素的连续稀释，该过程仅需几秒钟。这一特性消除了在系统外手动稀释和注射抗生素，或等待系统内过夜自稀释的需求。

SDFAST芯片工作原理

这项研究解决了两个即时诊断问题。首先，研究人员通过利用灵敏的比色测定和ImageJ分析提供了用户友好性，非专业人员可在短时间内掌握。其次，研究人员证明了该器件可用于多种样本，包括不同细菌种类和最低抑菌浓度范围的变化。此外，该器件也可用于多种细菌种类的整体最低抑菌浓度检测。

研究人员展示了SDFAST的能力及其在即时诊断中的潜力。例如，患者的样本可与多种抗生素进行测试以确定最佳处方，或使用特定抗生素对多个样本进行定期检测以评估其疗效。药敏试验可在样本提交的同一日内完成，从而在获得结果后能够快速开具处方，更新抗生素疗效信息。

结论

SDFAST是一种有效的微流控器件，可作为即时诊断工具。该器件由两个微芯片组成，连接芯片后可形成微流体路径，实现细菌和抗生素样本的注入。通过将一个微芯片滑向另一个微芯片的单次按压，即可混合溶液。在研究中，SDFAST采用WST-8法进行操作，在各种抗生素下测试了包括鲍曼不动杆菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和葡萄球菌在内的常见细菌。结果表明，该器件具有显著优势：非专业人员无需分光光度计即可通过简单快捷的方式确定最低抑菌浓度，且与传统方法相比，该器件所需医疗资源大幅减少。实验证明，SDFAST能有效混合细菌和抗生素，并给出易于理解和分析的读数，即使是对相关领域了解甚少的使用者也能轻松操作。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41378-025-00938-y

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