Các nhà khoa học nghiên cứu tại Đại học Baptist Hồng Kông (HKBU) đã phát triển một cảm biến cell với cấu trúc vi kênh giống như mã vạch cho phép sàng lọc vi khuẩn kháng thuốc nhanh chóng và chi phí thấp.
Cảm biến cell mã vạch có thể được sử dụng trên quy mô lớn trong các tình huống hạn chế về tài nguyên như kiểm tra an toàn thường xuyên đối với nước, thực phẩm và các cơ sở công cộng, cũng như các cuộc khảo sát khẩn cấp đối với các mẫu lớn trong thời kỳ bùng phát dịch bệnh truyền nhiễm, đặc biệt là ở các nước đang phát triển.
“Hệ thống kiểm tra mã vạch của chúng tôi là một công cụ mới đầy hứa hẹn trong cuộc chiến chống lại sự kháng thuốc. Chúng tôi hy vọng rằng nó sẽ mang lại lợi ích cho việc kiểm tra định kỳ vi khuẩn kháng thuốc trong ngành công nghiệp thực phẩm, các khu vực công cộng và cơ sở chăm sóc sức khỏe vì nó không yêu cầu các cơ sở lâm sàng tiên tiến hoặc Tiến sĩ Ren Kangning, phó giáo sư Khoa Hóa học tại HKBU, cho biết.
Tiến sĩ Ren dẫn đầu nhóm nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống kiểm tra tính nhạy cảm kháng khuẩn (AST) hoàn toàn tự động, không cần kính hiển vi. Ngoài các nhà nghiên cứu từ Khoa Hóa học của HKBU, nhóm nghiên cứu cảm biến cell “mã vạch” còn có các nhà khoa học từ Khoa Khoa học Máy tính tại HKBU và Trường Y tại Đại học Stanford.
Nhóm nghiên cứu đã đăng ký một bằng sáng chế cho phát minh của họ.
Phương pháp tiếp cận nhanh chóng nhưng chi phí thấp để xác định vi khuẩn kháng thuốc
Việc lạm dụng và lạm dụng kháng sinh đã dẫn đến tình trạng vi khuẩn kháng thuốc. AST được sử dụng để xác định loại kháng sinh nào có thể ức chế sự phát triển của một loại vi khuẩn nhất định một cách hiệu quả.
Tuy nhiên, các phương pháp AST thông thường quá chậm, vì chúng cần từ 16 đến 24 giờ để có kết quả, trong khi các phương pháp AST nhanh hiện đại đắt tiền và yêu cầu thiết bị phòng thí nghiệm phức tạp. Do đó, cần phải có một chiến lược nhanh chóng và hiệu quả về chi phí để sàng lọc các mẫu vi khuẩn tại chỗ, với việc kiểm tra trong phòng thí nghiệm tiên tiến chỉ được bố trí cho những trường hợp nghi ngờ có chứa vi khuẩn kháng thuốc.
Cảm biến cell mã vạch do HKBU phát triển cho phép tầm soát vi khuẩn kháng thuốc nhanh chóng và chi phí thấp bằng cách quét “mã vạch” trên cảm biến cell bằng ứng dụng di động. Đây là một hệ thống AST hoàn toàn tự động, không có kính hiển vi bao gồm hai phần chính: vùng nuôi cấy cell và cảm biến cell “mã vạch”.
Vùng nuôi cấy cell bao gồm một tập hợp các kênh vi mô chứa đầy chất lỏng có chứa môi trường nuôi cấy cell cũng như các nồng độ khác nhau của kháng sinh. Cảm biến cell “mã vạch” chứa một loạt các “bộ lọc tuyến tính thích ứng” được sắp xếp song song giống như cấu trúc “mã vạch”.
Người dùng có thể hoàn thành việc kiểm tra tại chỗ trong vòng ba giờ bằng cách quét “mã vạch” bằng một ứng dụng dành cho thiết bị di động. Hơn nữa, cảm biến cell mã vạch có chi phí sản xuất thấp, ước tính dưới 1 đô la Mỹ cho mỗi cái.
Tiến sĩ Ren cho biết: “Chúng tôi dự định phát triển phát minh của mình thành một thiết bị AST di động, và cuối cùng, chúng tôi hy vọng nó có thể được sử dụng ở những vùng hạn chế về tài nguyên.
Cách hoạt động của cảm biến cell mã vạch
Khi tiến hành AST với hệ thống, các mẫu vi khuẩn sẽ được tiêm vào và ủ trong vùng nuôi cấy cell. Vi khuẩn trong mẫu thử nghiệm bên trong các kênh vi mô cho thấy tỷ lệ tăng sinh khác nhau tùy thuộc vào nồng độ khác nhau của kháng sinh.
Sau khi hoàn thành giai đoạn nuôi cấy, các cell vi khuẩn sẽ chảy qua các “bộ lọc tuyến tính thích ứng”. Các cell sẽ không tích tụ xung quanh các lỗ nano trên thành bên của các kênh vi mô, thay vào đó chúng sẽ được chất lỏng đẩy xuống và được thu thập từ phần cuối của các kênh vi mô. Các cell tích lũy sau đó sẽ tạo thành các thanh dọc có thể nhìn thấy được, độ dài của chúng tỷ lệ với số lượng cell vi khuẩn được nuôi cấy dưới các nồng độ khác nhau của kháng sinh.
Sau đó, điện thoại di động được trang bị ống kính macro có thể được sử dụng để chụp ảnh “mã vạch” do AST tạo ra. Hình ảnh sẽ được ứng dụng di động phân tích tự động.
Sau thời gian nuôi cấy, nếu tất cả các “vạch” của cảm biến cell có độ dài tương tự nhau, điều đó có nghĩa là kháng sinh được thử nghiệm không thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn và do đó mẫu vi khuẩn kháng với kháng sinh được thử nghiệm. Nếu chiều dài của các “vạch” nói chung tỷ lệ nghịch với nồng độ của kháng sinh trong các kênh vi mô, thì điều đó cho thấy rằng kháng sinh được thử nghiệm nói chung có hiệu quả ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn và do đó vi khuẩn không phải là thuốc- chống lại. Khi hai “vạch” liền kề có sự khác biệt rõ rệt về độ dài, điều đó cho thấy tác dụng kháng khuẩn của thuốc kháng sinh sẽ tăng vọt khi nồng độ của nó đạt đến một mức cụ thể.
Nhóm nghiên cứu HKBU đã kiểm tra vi khuẩn E. coli và S. aureus bằng cảm biến cell “mã vạch” và kết quả phù hợp với tiêu chuẩn AST thông thường. Thử nghiệm có thể được hoàn thành trong ba giờ, nhanh hơn nhiều so với AST thông thường. Các phương pháp tiếp cận microfluidic được phát triển bởi các nhà nghiên cứu khác cũng có thể đạt được tốc độ tương đương, nhưng chúng dựa vào các công cụ đắt tiền để phân tích nói chung.
Nguồn : https://futureiot.tech/hkbu-scientists-develop-barcode-cell-sensor/ (post by Automation Bot)