新工藝改進(jìn)了芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，以分離出細(xì)菌感染，病毒的耐藥菌株
研究人員開(kāi)發(fā)了新一代微型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，該設(shè)備使用磁性納米珠分離出引起疾病的微小細(xì)菌顆粒。這項(xiàng)新技術(shù)改善了臨床醫(yī)生如何分離細(xì)菌感染的耐藥菌株和難以檢測(cè)的微粒，例如構(gòu)成埃博拉和冠狀病毒的微粒。
羅徹斯特理工學(xué)院凱特·格里森工程學(xué)院的教研人員Ke Du和Blanca Lapizco-Encinas與國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作，共同設(shè)計(jì)新系統(tǒng)-一種微流控設(shè)備，本質(zhì)上是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室-芯片。
耐藥細(xì)菌感染每年在世界范圍內(nèi)造成數(shù)十萬(wàn)人死亡，而且這一數(shù)字還在不斷增加。杜解釋說(shuō)，根據(jù)聯(lián)合國(guó)的一份報(bào)告，到2050年，由抗生素耐藥性引起的死亡每年可能達(dá)到1000萬(wàn)。
“我們迫切需要更好地檢測(cè)，理解和治療這些疾病。為了提供快速準(zhǔn)確的檢測(cè)，樣品的純化和制備至關(guān)重要且至關(guān)重要，這就是我們正在努力做出的貢獻(xiàn)。我們建議使用這種新型機(jī)械工程學(xué)助理教授杜說(shuō)，他是用于病毒分離和檢測(cè)的設(shè)備，例如冠狀病毒和埃博拉病毒。他的研究背景是新型生物傳感器和基因編輯技術(shù)的開(kāi)發(fā)。
該實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)對(duì)細(xì)菌感染（尤其是體液）的檢測(cè)很感興趣。檢測(cè)的主要問(wèn)題之一是如何更好地分離更高濃度的病原體。
該設(shè)備是復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，可以在野戰(zhàn)醫(yī)院或診所中使用，并且在收集和分析標(biāo)本上應(yīng)比市售的膜濾器更快。它的寬而淺的通道捕獲被吸附在堆積的磁性微粒中的小細(xì)菌分子。
納米設(shè)備上較深通道的結(jié)合，細(xì)菌懸浮液的增加流速以及沿著設(shè)備通道的磁珠夾雜物的結(jié)合在捕獲/分離細(xì)菌樣品的過(guò)程中得到了改善。研究人員能夠使用基于微粒的基質(zhì)過(guò)濾器成功地從各種液體中分離出細(xì)菌。過(guò)濾器將顆粒捕獲在設(shè)備的小空隙中，從而提供了更高濃度的細(xì)菌用于分析。諸如此類的小型設(shè)備的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)測(cè)試多個(gè)樣品。
“我們可以將便攜式設(shè)備帶到已被大腸桿菌污染的湖中。我們將能夠采集幾毫升的水樣，并將其運(yùn)過(guò)我們的設(shè)備，從而可以捕獲和濃縮細(xì)菌。我們可以迅速檢測(cè)到設(shè)備中的這些細(xì)菌或?qū)⑺鼈冡尫诺侥承┗瘜W(xué)物質(zhì)中進(jìn)行分析，” Du說(shuō)道，他的早期工作集中在使用CRISPR基因編輯技術(shù)的設(shè)備以及對(duì)流體動(dòng)力學(xué)的基本了解。
與在電泳方面具有專業(yè)知識(shí)的生物醫(yī)學(xué)工程師Lapizco-Encinas進(jìn)行合作-這種過(guò)程使用電流來(lái)分離生物分子-他們的合作為更好地病原體檢測(cè)提供了增強(qiáng)的能力，特別是用于細(xì)菌和微藻的分離和濃縮。
“我們的目標(biāo)不僅是分離和檢測(cè)水和人體血漿中的細(xì)菌，而且還需要與全血樣本一起了解和檢測(cè)敗血癥等血液感染。我們已經(jīng)為此制定了具體計(jì)劃。我們的想法是使用一對(duì)用于順序隔離的納米篩裝置。” RIT生物醫(yī)學(xué)工程系副教授Lapizco-Encinas說(shuō)。
Du和Lapizco-Encinas是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的一部分，該團(tuán)隊(duì)由羅格斯大學(xué)，阿拉巴馬大學(xué)，紐約州立大學(xué)賓漢頓分校和中國(guó)清華-伯克利深圳研究所的機(jī)械和生物醫(yī)學(xué)工程師組成，以應(yīng)對(duì)全球疾病大流行的挑戰(zhàn)。新數(shù)據(jù)發(fā)表在《 ACS Applied Materials and Interfaces》雜志上的文章“通過(guò)三維珠粒堆積的納米設(shè)備快速捕獲和回收體液”中。
研究團(tuán)隊(duì)是RIT工程博士和研究生Chenxinye Chen，Abbi Miller和Qian Qian；阿拉巴馬大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系助理教授于Gan，本科生曹勝廷；王若謙，羅格斯大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)助理教授； SUNY Binghamton機(jī)械工程助理教授辛勇；秦培武，來(lái)自深圳清華大學(xué)伯克利分校精密醫(yī)學(xué)與醫(yī)療保健中心；西雅圖的Carollo Engineers Inc.和張杰。
