在微流体装置中使用细菌激活的巨噬细胞膜涂覆的纳米线硅表面进行快速细菌检测和革兰氏鉴定

  细菌诱发的脓毒症需要快速的细菌检测和鉴定，而目前基于培养的检测需要至少 10 小时到几天的时间。我们应用了一种微流体装置，该装置在纳米线硅吸附剂表面上配备了细菌激活的巨噬细胞膜涂层，用于快速检测细菌污染的血液中的细菌并进行革兰氏鉴定。

  快速消除细菌在治疗细菌性脓毒症中极为重要，可避免器官衰竭和死亡的发展。目前基于血培养的应用诊断可能需要至少 10 小时到几天的时间，比临床上可用于治疗决策的时间更多。在未确定致病细菌病原体的情况下进行初步感染控制必然涉及广谱抗生素给药，无法确定是否起效，且广谱抗生素给药可能会损害危重患者的健康菌群。

  细菌物种的快速诊断和分化具有巨大的临床意义，在目前的研究尝试中，基因组测序和宏基因组学需要高水平的专业知识，涉及的时间从几天到几周不等;聚合酶链式反应技术需要数小时至数天的中等专业水平;质谱法需要几分钟到几个小时的样品制备和分析时间，并且也处于中等专业水平。然而，由于高昂的成本、专门的培训要求以及各种这些方法所涉及的时间，尽管培养所需的时间延迟了关键的治疗决策，培养迄今为止仍然是检测和鉴定的临床标准。

  在微流控装置中使用血液滤过膜进行体外血液净化是脓毒症患者血液净化的另一种新兴疗法，尽管血液滤过的临床益处并不令人信服，并且需要基于细胞膜涂层的新型吸附剂表面。然而，配备有改进吸附剂表面的微流控平台不仅可以应用于治疗，还可以用于诊断。

  通过配备有膜包被的吸附剂表面的微流体装置灌注革兰氏阴性/阳性细菌的悬浮液，检测到低细菌水平(<10 CFU/mL)。随后，原位荧光染色产生革兰氏鉴定，用于指导抗生素选择。在混合的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌悬浮液中，检测到的革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的比例与固定在悬浮液中的比例相同。通过对 15 份人类血液样本(两名观察者)进行盲法评估，结果得到 100% 正确评分的验证，这些血液样本中掺有广泛不同的细菌菌株或菌株组合，证明了该平台快速诊断细菌性脓毒症方面的潜力。

  基于使用细菌激活的巨噬细胞膜涂层纳米线硅表面的微流控平台，在脓毒症诊断的当前研究状态方面提供了两个重大改进：

  首先，它可以快速检测(1.5 h)血液中极少量的细菌;

  其次，它同时识别使用荧光革兰氏染色捕获的细菌的革兰氏类型。这种手术可以挽救生命，在“黄金关键时刻”为治疗决策争取宝贵的时间，适用于脓毒症患者。它可以支持重要的治疗决策，即在不过度损害患者的健康菌群或完全停用抗生素的情况下，给予对革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌种有效的抗生素，这与防止抗菌素耐药性进一步上升高度相关。

  参考文献：Sidi Liu, Huibo Wang, Le Yu, Yijin Ren, Hjalmar R. Bouma, Jian Liu, Henny C. van der Mei, and Henk J. Rapid Bacterial Detection and Gram-Identification Using Bacterially Activated, Macrophage-Membrane-Coated Nanowired-Si Surfaces in a Microfluidic Device. Busscher Nano Letters 2023 23 (17), 8326-8330