Недорогой биосенсор обеспечивает быструю диагностику бактериальных инфекций

Бактериальная инфекция является распространенной проблемой во всех больницах мира. Каждый час задержки в лечении антибиотиками при сепсисе и септическом шоке увеличивает смертность пациентов на 7,6%.

Неспособность диагностировать ранние и критические стадии бактериальных инфекций может наносить вред здоровью пациента и оказаться потенциально смертельной. Используемые в настоящее время методы диагностики инфекций и проведения тестирования на чувствительность к антибиотикам (AST) имеют существенный недостаток в виде времязатратного и трудоемкого процесса: обычно для получения точных и надежных результатов требуется от 2 до 5 дней.


Канадские биоинженеры, в сотрудничестве с Университетом Британской Колумбии Оканаган (University of British Columbia Okanagan; Келоуна, провинция Британская Колумбия, Канада), разработали микроволновый микрожидкостный биосенсор для быстрого, бесконтактного и неинвазивного устройства для тестирования концентрации и роста кишечной палочки (Escherichia coli) в средних растворах различных рН в целях повышения эффективности клинических микробиологических практик. Команда проверила созданное устройство, отслеживая количество бактерий, присутствующих в различных образцах при различных сценариях. Данные сценарии были сходны с возможными ситуациями, встречающимися в клинических микробиологических лабораториях.

Тонкослойный интерфейс между микрожидкостным каналом и микроволновым резонатором значительно повысил чувствительность обнаружения. В микрожидкостный чип, изготовленный с использованием стандартной мягкой литографии, вводились бактериальные образцы и встраивался микроволновый микрополосковый кольцевой резонаторный датчик с рабочей частотой 2,5 ГГц и начальной добротностью 83 для обнаружения концентрации и роста бактерий. Резонатор имел площадь зазора сопряжения 1,5 × 1,5 кв.мм в чувствительной области.

Присутствие различных концентраций бактерий в растворах с различным рН было обнаружено путем скрининга изменений резонансной амплитуды и частотных характеристик микроволновой системы. Сенсорное устройство продемонстрировало почти мгновенную реакцию на изменения концентрации бактерий и максимальную чувствительность 3,4 МГц по сравнению с логарифмическим значением концентрации бактерий. Минимальная подготовленная оптическая прозрачность бактерий была проверена при значении OD600 в 0,003. Был продемонстрирован высоколинейный отклик для определения концентрации бактерий при различных значениях рН.

Доктор философии Мохаммад Хоссейн Зарифи (Mohammad Hossein Zarifi), ассистент-профессор и соавтор исследования, сказал: "Устройство способно быстро обнаруживать бактерии, а также отслеживать взаимодействие этих бактерий с антибиотиками. Объединенные результаты предоставляют практикующим врачам больше информации, чем они имеют в настоящее время, и это помогает продвигаться вперед в определении точного лечения. Данный биосенсор является значительным шагом вперед в улучшении процесса тестирования комплексной чувствительности к антибиотикам и обеспечивает быстрое автоматическое обнаружение бактерий, а также скрининг пролиферации бактерий в ответ на антибиотики". Исследование было опубликовано 25 октября 2018 года в журнале Scientific Reports.

Ссылки по теме:
Университет Британской Колумбии Оканаган