10分钟内即可检测出临床样品中的细菌

  摘要：在几分钟内快速检测出致病菌是控制传染病的关键。然而，由于临床样品中病原菌的基质复杂，且真实样品中细菌丰度较低，因此快速检测病原菌是一项颇具挑战性的任务。在此，我们采用无标签单粒子成像方法来解决这一挑战。通过跟踪游离溶液中单个颗粒的散射强度变化，可以很好地识别形态的异质性，粒径小于衍射极限，便于从复杂基质中无标记地识别单个细菌的形态。此外，在自由溶液中对流的操作可以在小视场内快速筛选低丰度细菌，这大大提高了单粒子检测的灵敏度。作为概念论证，我们能够在10分钟内从阴道拭子中区分出B组链球菌(GBS)阳性样本，而无需使用任何生物试剂。据我们所知，这是最快速和低成本的方法。我们相信这种单粒子成像方法由于其高灵敏度、快速、简单和低成本，将在临床诊断和疾病控制中得到更广泛的应用。

  该工作采用单粒子成像方法的细菌检测原理如下：

  (A)表示用单粒子成像方法检测细菌的示意图。样品被放置在具有长聚焦物镜的REDFSM上，以增强景深，这样可以在自由溶液中观察到更多的粒子。 (B)通过跟踪自由溶液中散射强度波动识别粒子形态异质性。由于散射强度取决于粒子的散射截面，因此自由溶液中散射强度的波动反映了粒子的形态不均一性。 (C)热切片诱导的对流，用于小视场内单个细菌的筛选。将两个电加热片从一端到另一端依次放置在电池的底部，可以诱导电池内的水平对流，使游离溶液中的粒子可以在小视场内被屏蔽。

  对90个临床样品的GBS检测结果如下：

  (A)在150 × 150 μm视场下，90个临床样品进行6次重复实验，流速为7.1 μm/s, 5 min筛检出单个GBS细菌的平均频率。(B)标准细菌培养法指示的临床样品的GBS检测。(C) PCR法指示的临床样品的GBS检测。(D)三种方法的结果合并图像。两种参考方法测定的GBS阳性样本通过我们的方法筛选时间更长，均为阳性。据报道，10%到30%的妇女是GBS阳性。因此作者提出的方法基本接近这个结果。

  总结：

  1、采用无标签单粒子成像方法在几分钟内检测出临床样品中的低浓度细菌;

  2、根据粒子在布朗运动存在下散射截面的变化来区分单个粒子的形态异质性，方便了在不使用任何生物试剂的情况下从复杂基质中检测单个细菌;

  3、在自由溶液中对流的操作可以在小视场内快速、简便地筛选低丰度细菌，显著提高单粒子检测的灵敏度;

  4、临床样品中GBS细菌可在10min内(包括2min的样品预处理和5分钟筛选)被识别出来，不使用任何生物试剂，这是目前所知最快速和低成本的方法。

  参考文献：

  Chen S, Su Y W, Sun J, et al. Label-free single-particle imaging approach for ultra-rapid detection of pathogenic bacteria in clinical samples[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022, 119(40): e2206990119.