病原微生物检测病原微生物检测主要包括病原鉴定和药物敏感性判定两个方面。目前,临床微生物检测面临的最大问题就是检测周期过长。对于感染性疾病,临床医师做出经验或循证诊疗方案选择的时间窗口通常很窄(甚至<10min)。只有尽可能缩短分析测试时间,才能更加有效地发挥这些检测的临床指导作用。然而,目前的病原微生物鉴定和药物敏感性判定的典型周期是2~3d,这显然难以满足临床需求。病原检测技术的限制所带来的结果是,一方面经验性诊断的准确性难以保证,另一方面抗生素滥用引发了严重的耐药问题。微流控技术对于病原微生物鉴定的解决方案多是采用核酸检测策略,这在前面部分已经叙述。
鉴于抗生素敏感性测试(AST)的实质是判定病原微生物在药物暴露条件下的增殖情况,对应的微流控分析策略是:
(1)通过微缩培养器体积,实现检测信号的相对富集;
(2)使用更为精准的病原定量技术。这两种策略均可以通过缩短病原培养时间实现快速的药物敏感性判定。
吸湿铝箔
目前尚无成型的微流控药物敏感性检测产品,但相关研究仍在不断探索。Kaushik等利用微流控液滴技术,将细菌和抗生素混合后分散于含有荧光底物的皮升级体积液滴中,依据荧光显色结果判定细菌存活。得益于微体积液滴对荧光反应产物的相对浓缩效应,该方法仅需1h即可判定大肠杆菌对于抗生素的敏感性。Schoepp等报道了基于液滴数字PCR的AST。相比较定量PCR,dPCR具有更高的准确性和更宽的检测范围,因而可以更加灵敏地反映出细菌计数的变化。研究结果显示,应用dPCR方法可以在抗生素处理后15min显示出敏感菌和耐药菌的数量差异。由此可见,应用dPCR可以显著缩短AST分析所需的抗生素暴露时间。基于这些具有借鉴意义的工作,作者课题组发展了一种基于液滴阵列微流控芯片的数字化抗生素敏感性测试方法,其设计理念是借助于数字化分析的精准定量能力缩短细菌抗生素暴露时间。
细菌悬液与抗生素孵育后引入微流控芯片完成液滴发生和捕获,生成高密度微液滴阵列。通过对液滴阵列进行荧光扫描成像,检测每个液滴中的荧光信号并以此计算出阳性微液滴比例(p)。根据p值用泊松分布算法推算出细菌密度即可反映抗生素对于细菌的增殖抑制效应。应用该方法,仅需30min抗生素暴露时间即可判定大肠埃希菌的抗生素敏感性测试结果。
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