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一次性活体激光打印在芯片上用于药物筛查

2021-04-02 17:00

科学家创造了一种监测细菌和抗生素之间微妙的药物相互作用的新方法。通过使用一台普通的办公室喷墨打印机,来自新加坡南大(NTU)和的研究人员通过将生物体内的细菌包裹起来,开发出了一种芯片上的一次性生物激光器。在药物相互作用期间,液滴内细菌产生的强激光发射将大大增强。这一突破可以在不久的将来使用微纳米激光技术实现更灵敏和高通量的测试。

一次性活体激光打印在芯片上用于药物筛查

如今,抗生素已经可以治疗许多微生物疾病,从而改变了医学领域。因此,监测细菌和抗生素(致病性药物)之间的相互作用是进一步评估药物功效的关键步骤。在过去的十年中,已经开发出了各种类型的技术,以寻求一种高度敏感的工具来监控药物-细菌的相互作用。由于许多限制,常规技术通常需要更长的时间才能看到药物相互作用的明显结果。因此,识别微小的动态相互作用是非常具有挑战性的。

微激光器的最新进展已证明其在信号放大,强大的强度和对生物医学传感的高灵敏度方面的强大功能。为了寻找一种更简单,更灵敏的检测工具,南洋理工大学(新加坡南洋理工大学)陈玉成教授领导的一项新研究现已开发出一种可清洗的一次性活体激光,该激光可以监测人体上微小的动态细菌与药物之间的相互作用。芯片。微小的激光用作高度灵敏的无培养物传感器,其中活细菌被封装在微细的水滴中。对他们的发现发表在分析化学上感到兴奋新加坡南洋理工大学南洋理工大学助理教授陈玉成教授说:“令人惊奇的是,这些微小的生物活体激光器可以直接从办公室喷墨打印机上打印。借助喷墨打印的优势,活体激光器可以可以在几秒钟内将其制成质量尺寸。最酷的事情是,您可以洗净激光并在检测到之后再次打印。

这些传感器的准备工作分三个步骤进行。首先,研究人员用核酸染料标记细菌(大肠杆菌),该染料可以识别细胞中的DNA和RNA。然后将细胞及其细胞培养基注入办公室打印机中,在此处可以将抗生素药物直接添加到移液器吸头(或打印头)中。然后将半球微滴以阵列方式印刷在镜芯片上。最后,用激光束扫描活动激光阵列,以从耳语画廊模式产生激光发射图像。

随着药物与细菌的相互作用,细胞膜将被破坏,而更多的荧光DNA(增益分子)将随着时间的流逝而释放到液滴中,并有助于产生WGM,从而产生更强的激光发射。由于激光信号对液滴界面处的染料分子的变化非常敏感,因此,可以捕获释放的DNA分子的微小增加,并导致增益分布和激光发射的显着变化。结果表明,激光发射图像分析比荧光图像分析灵敏度高两个数量级,荧光图像分析在短时间后变得饱和。陈玉成教授说:

与上海微系统与信息技术研究所合作,该团队新颖的活体激光生物传感器设计不仅消除了对费时费力的细胞培养的需求,而且简化了传感器配置,而无需进行任何复杂的制造。最重要的是,提出了一种基于激光发射图像的生物分析新概念,以量化体内或体外的潜在生化和生物学过程,从而为高通量活体生物芯片上激光分析铺平了道路。

关于他们的工作在未来的重要应用,合著者冯世伦副教授解释说:“通过将微流制造技术与有源激光器集成在芯片上,这是一项了不起的工作。相同的方法可以广泛应用于包括活细胞,细菌,病毒和蛋白质相互作用在内的活体物种,该技术可以实现高灵敏度的及时诊断和治疗,随着对病毒药物筛选的快速需求,该技术甚至可以使病毒或细菌在微滴内培养并监控与药物之间的动态相互作用。“的确,尽管将来与多种疾病作斗争仍然有很长的路要走,但它们的设备代表了实施生物激光的里程碑。 致力于对生物体进行高通量分析。

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