一贴即测！真空自驱动AnP-dAST数字芯片——面向尿液感染床旁快速药敏新方案

设计原理：无泵真空进样+被动扩散实现无需现场配液的高通量数字药敏检测

传统药敏检测耗时16–24h、配药操作繁琐，分子检测仅筛查已知耐药基因；现有微流控装置多需外置泵，难以同步多药检测，难以满足基层快速诊疗需求。本研究开发“即插即用”AnP-dAST模块化药敏芯片。芯片分为双层结构，底层高密度皮升微孔依靠预制真空实现无泵自动上样，经去湿化完成单细胞隔离，依靠单菌落计数实现数字化判读；可拆卸PDMS上层预载含多抗生素、梯度浓度的水凝胶储槽，可提前批量制备。实验时两层贴合，药物被动扩散稳定给药，无区域交叉污染，省去现场梯度稀释。37℃孵育6h即可通过菌落阳性微孔占比绘制抑制曲线、精准测定MIC，单芯片可同步开展多药物、平行重复药敏实验，检测结果与肉汤微量稀释金标准高度一致，且兼容模拟尿液样本，为基层、床旁去中心化耐药快速筛查提供简便低成本微流控方案。

研究内容与结果

1.单种抗生素MIC测定、片内平行重复性验证

为验证AnP-dAST芯片测定最低抑菌浓度（MIC）的准确度与片内平行重复性，以临床金标准肉汤微量稀释法作为参照体系。第一组采用8槽载药层，预制0.78~100μg/mL二倍梯度氨苄西林，以标准大肠杆菌ATCC25922为受试菌，按CLSI标准配制菌液，经真空上样、单细胞分隔、6h孵育后统计阳性微孔，以IC₉₀阈值判定MIC。芯片测得MIC为6.25μg/mL，与标准方法结果完全一致，证明单药定量精准。第二组使用24槽载药层，均分为三组相同氨苄西林梯度，对耐药大肠杆菌K12开展同芯片平行测试。三组IC₉₀均值153±8μg/mL，变异系数仅5.0%，三组MIC均为200μg/mL，同样匹配金标准。结果表明该芯片可精准测定单一抗生素最低抑菌浓度，且单芯片内置多组平行实验，检测误差小、重复性优良，无需额外耗材设置重复，自带质控，有效降低操作偏差，满足标准化药敏定量的精度需求。

2.单芯片多抗生素同步多重药敏检测

研究同时开展单芯片多重药敏验证，分为三组独立储药区域，分别预制氨苄西林、阿莫西林、磷霉素三种临床常用抗生素，每组设置8个二倍浓度梯度，实现单次实验同步检测多种药物抑菌效果。实验选用耐药大肠杆菌K12，菌液浓度遵循CLSI标准配至5×10⁵CFU/mL，完成无泵真空上样、单细胞分隔后贴合载药层，37℃孵育6h，通过明场成像统计各药物梯度下阳性微孔占比，分别拟合剂量-抑制曲线并计算MIC。结果显示，芯片测得氨苄西林MIC为200μg/mL、阿莫西林MIC为1600μg/mL、磷霉素MIC为50μg/mL，全部数值与肉汤微量稀释金标准完全匹配。该芯片无需分多次上机，单轮孵育即可生成完整细菌抗菌谱，省去多次配液、多块芯片重复操作的繁琐流程，大幅减少试剂、样本与人力消耗，可高效满足临床同步多药药敏筛查需求，具备优秀多重并行检测能力。

3.模拟临床尿液样本药敏可行性验证

实验利用健康志愿者尿液掺入耐药大肠杆菌构建模拟尿路感染样本，验证AnP-dAST芯片在复杂生物基质中的药敏检测可行性，样本菌浓度匹配临床典型菌尿水平1.5×10⁶CFU/mL。实验选用搭载空白对照与氨苄西林梯度的8储药层，完整执行无泵上样、单细胞分隔、药物扩散孵育整套流程，孵育6h后统计各浓度下含菌落微孔占比，以无药储槽生长数据为参照拟合抑制曲线，同步设置肉汤微量稀释作为金标准对照。结果表明尿液基质不会阻碍芯片各项反应，药物扩散、细菌增殖均不受干扰；芯片检测得到MIC为200μg/mL，与传统方法数值完全吻合。该芯片可直接用于尿液类临床样本药敏初筛，为尿路感染床旁快速耐药检测提供可行方案。

结论

本研究创新性研发双层模块化AnP-dAST数字药敏微流控芯片，可拆卸预载药水凝胶层省去现场梯度配液，搭配真空无泵进样与皮升微孔单细胞分离，6小时即可完成药敏检测。实验逻辑依次完成芯片性能表征、单药MIC精准测定、片内平行验证、多药同步检测、模拟尿液样本适配测试，全部结果与肉汤微量稀释金标准一致。核心创新为预制储药层与分体式结构，实现单芯片多抗生素并行检测，低成本易操作，适配基层POCT。局限在于仅验证单菌模拟尿液，无法直接区分临床混合杂菌；仅适配快生长菌株，慢致病菌需延长孵育；微孔单细胞模式会弱化接种效应，产酶耐药菌株临床解读需更多真实样本佐证。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2026.140631