微流控技术动态监测表皮葡萄球菌生物膜形成：突破传统CV检测的局限性与临床转化潜力

为解决传统结晶紫(CV)检测法在动态环境模拟和生物膜样结构(BLS)识别上的局限，加拿大研究团队通过微流控技术实现了表皮葡萄球菌(S. epidermidis)生物膜的实时监测。研究发现葡萄糖补充(TSBg)在静态CV检测中无显著影响，但在微流控系统中抑制生物膜形成；稀释培养基(TSB1/5 )对CV检测影响显著而微流控结果稳定。该研究为医疗器械相关感染防控提供了动态评估新范式。

　　

在医疗领域，表皮葡萄球菌(S. epidermidis)形成的生物膜是导管感染、人工关节置换术后并发症的主要元凶。传统结晶紫(CV)检测法虽被ISO 4768列为金标准，却存在致命缺陷——它只能反映静态条件下生物膜的总生物量，无法捕捉动态环境中生物膜的形成过程，更会因洗涤步骤丢失关键生物膜样结构(BLS)。这就像试图用一张照片来解析整部电影的情节，必然错过重要细节。

微流控技术的出现为这一困境带来转机。加拿大血液服务机构的研究团队设计了一种双通道PDMS微流控芯片，通过注射泵以0.3 ml/h的流速持续更新培养基，模拟人体内流体环境。研究对比了CV检测与微流控系统在四种关键场景下的表现：葡萄糖补充(TSBg)、培养基稀释(TSB_1/5
)、不同初始菌量(3 vs 8 log CFU/ml)及冻存菌种的影响。

关键技术包括：1) 3D打印模具制备梯形截面微流道(633×523×47 μm)；2) 等离子处理使PDMS表面亲水化；3) 每15分钟自动采集图像并通过ImageJ分析光密度(OD)；4) 建立BLS识别算法，将OD突降解释为生物膜脱落。

【培养基成分的影响】
静态CV检测显示TSB与TSBg的生物膜量无差异，但微流控系统揭露了惊人事实：TSBg组的生物膜形成延迟至5.9天，累积量减少40%。这表明高葡萄糖环境可能通过抑制多糖胞间黏附素(PIA)合成而阻碍生物膜成熟。更耐人寻味的是，虽然稀释培养基(TSB_1/5
)使CV检测值降低45%，但微流控系统仍能稳定检测到生物膜，揭示营养匮乏环境下细菌通过持续更新维持生存的策略。

【初始菌量的影响】
当接种量从8 log降至3 log CFU/ml时，CV检测需等待菌量达到平台期才显示阳性，而微流控系统在低菌量下捕捉到间歇性出现的BLS。这些"葡萄串状"结构因粘附性差被CV洗涤步骤清除，却是临床中引发栓塞的危险因子。

【菌种冻存的影响】
冻存菌种表现出"延迟爆发"模式：虽然4天后才形成稳定生物膜，但最终生物量媲美新鲜菌种。这解释了临床中"迟发性感染"现象——冷冻保存的细菌需要更长时间启动毒力基因表达。

讨论部分指出，微流控技术揭示了传统方法无法观测的三大生物学现象：1) 动态环境中葡萄糖的抑制作用；2) BLS的迁徙规律；3) 细菌应对环境压力的时序策略。这些发现对输血安全具有直接指导意义——血小板保存袋的持续振荡可能加速生物膜脱落，增加败血症风险。研究同时提出了技术优化方向：延长观察周期至14天以捕捉生物膜衰退期，整合pH传感器监测代谢变化。

这项发表于《The Microbe》的研究标志着生物膜研究从"快照式"评估迈向"实时电影"时代。正如作者强调："微流控系统不是要取代CV检测，而是为特定场景提供补充视角——就像CT和超声各有不可替代的临床价值。"该技术未来或可整合到血液制品的在线监测系统中，实现从"事后检测"到"过程预警"的跨越。