综述：微流控技术推动的表型抗菌药物敏感性检测的最新进展

《Sensors & Diagnostics》：Recent advances in phenotypic antimicrobial susceptibility testing enabled by microfluidic technologies

快速准确的新型抗生素敏感性检测技术：微流控技术综述。摘要：微流控技术通过集成静态室、流动室、SlipChip和混合滴室系统，显著提升抗生素敏感性测试（AST）的速度（数小时）和精度，支持单细胞分析及多模态信号检测（荧光、拉曼、电化学、机械）。挑战包括样本前处理、缓慢病原体检测和抗生素残留干扰，未来需结合AI算法、标准化流程和全自动样本处理以实现临床转化。

　　抗微生物耐药性（AMR）已成为全球公共卫生领域的一项紧迫威胁，每年导致超过127万人死亡，并预计到2050年若无法有效应对，将造成数千万人丧生。传统的抗微生物药敏试验（AST）方法虽然仍是临床诊断的黄金标准，但存在检测周期长、操作繁琐等缺点，通常需要24至48小时才能得出结果，某些缓慢生长的病原体甚至需要更长时间。这种延迟不仅影响临床决策的及时性，还可能导致抗生素的不恰当使用，进一步加剧耐药性的传播。因此，开发更快速、准确的AST技术成为当务之急。

微流控技术作为一种新兴的平台，为解决传统AST的局限性提供了创新路径。它能够实现微型化、高通量和集成化的药敏测试流程，从而显著缩短检测时间。微流控系统具有反应体积小、质量与热量传递快速、精确的流体控制、高通量处理能力、单细胞分辨率以及与自动化和便携式诊断系统整合的潜力。这些特性使得微流控技术在快速检测病原体对特定抗生素的敏感性方面具有巨大优势。

在微流控AST平台中，根据培养方式的不同，可以分为静态培养室、连续流动培养室、混合液滴-培养室系统以及SlipChip技术。静态培养室通过扩散实现抗生素与细菌的接触，适合于并行测试，简化了操作流程，降低了对复杂流体系统的依赖。SlipChip技术利用两个互补结构的微芯片滑动以密封培养室、混合试剂并生成浓度梯度，无需外部驱动，具有高试剂利用率和多抗生素检测能力。连续流动培养室通过持续的液体灌注来提供营养并移除代谢废物，模拟体内环境，支持稳定浓度梯度的形成和长时间培养。混合液滴-培养室系统则结合了液滴微流控的微封装优势与培养室的空间组织能力，使得病原体能够在独立的反应单元中进行检测，同时保持较高的通量和准确性。

在信号检测方面，微流控AST平台采用了多种技术，包括光学检测、电学检测和机械检测。光学检测通过荧光标记、无标记成像和拉曼光谱等方式，能够提供高灵敏度和高分辨率的数据。电学检测则利用电导率变化和电化学反应，实现快速、无标记的检测。机械检测通过微悬臂传感器等技术，可以捕捉细菌活动引起的纳米级位移或振动，从而在不依赖生长的情况下进行药敏测试。

尽管微流控AST技术在速度、灵敏度和临床适用性方面取得了显著进展，但其广泛应用仍面临一些挑战。例如，样本到结果的整合过程复杂，某些病原体生长缓慢，临床样本中残留抗生素可能干扰检测结果，以及缺乏标准化和监管批准。为了解决这些问题，研究人员正在探索自动化样本预处理、多模态检测和计算数据融合等新兴解决方案。此外，人工智能（AI）与微流控平台的结合，使得图像分析更加智能化，能够提高检测的准确性和效率。

未来，微流控AST技术有望在临床诊断中发挥更大的作用。通过标准化、自动化和便携化，这些技术可以实现从实验室到临床的快速转化，为个性化、快速、可操作的抗微生物治疗提供支持。同时，微流控技术与材料科学、计算分析的结合，将进一步推动其在抗菌药物合理使用和耐药性防控中的应用。随着这些技术的不断进步，微流控AST平台有望成为应对抗微生物耐药性的重要工具，为提升患者预后和公共卫生安全提供新的解决方案。