基于静态微滴阵列芯片的血流感染病原体快速定量检测与药敏分析新方法

针对血流感染(BSI)诊断耗时长、传统血培养需24-48小时的临床痛点，中国科学院团队开发了静态微滴阵列(SDA)芯片技术。该技术通过微腔室隔离单细菌，结合AI图像识别，可在12小时内完成病原体定量检测(灵敏度10 CFU/mL)、MALDI-TOF MS鉴定及抗菌药敏试验(AST)，较传统方法提速3倍，为脓毒症等急症诊疗提供快速解决方案。

　　

血流感染是全球范围内威胁生命的重大健康问题，当细菌侵入血液循环引发全身性感染时，患者可能在数小时内发展为脓毒症甚至多器官衰竭。传统诊断依赖血培养——这种"金标准"需要将患者血液放入培养瓶等待细菌繁殖，通常耗费24-48小时才能获得阳性结果，后续的抗菌药敏试验(AST)又需额外24小时。对于生死时速的脓毒症患者而言，这种"慢动作"诊断与"72小时黄金救治窗口"形成尖锐矛盾。更棘手的是，临床广泛使用的抗生素会进一步降低血培养阳性率，导致漏诊风险。虽然近年来涌现出MALDI-TOF MS（基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱）等快速鉴定技术，但始终缺乏能整合病原体检测、鉴定与药敏的一体化解决方案。

来自青岛单细胞生物技术有限公司科学委员会团队的研究人员在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表的研究，带来了突破性的解决方案。他们设计的静态微滴阵列(SDA)芯片如同微型"细菌监狱"，通过真空负压将未处理血液中的细菌自动分配至上万个独立微腔室。每个腔室相当于纳米级培养皿，细菌代谢时还原Alamar Blue荧光染料产生信号，3-5小时即可检测到10 CFU/mL的极低浓度。更巧妙的是，研究人员用激光诱导微气泡技术精准"弹射"目标腔室中的细菌，直接进行MALDI-TOF MS鉴定；而整合AI图像识别的芯片药敏系统，则通过分析细菌在含药培养基中的生长抑制情况快速输出AST结果。整个流程压缩至12小时，较传统方法节省三分之二时间。

关键技术包括：1) 64通道并行微流控芯片设计实现高通量检测；2) 激光诱导微气泡靶向回收技术；3) AI驱动的荧光图像分析算法；4) 临床血液样本验证体系。研究选用大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等四种常见BSI病原体验证，结果显示该技术检测范围覆盖10-10⁴ CFU/mL，与血培养结果高度一致。

芯片设计与制造
SDA芯片采用"一进一出"分流结构，通过1:64通道扩展实现高通量检测。特殊设计的微腔室阵列无需精密捕获装置，真空自填充机制确保未处理血液样本的均匀分配。

系统整体设计
集成化系统包含三个核心模块：微腔室培养单元产生细菌荧光信号；激光定位系统选择性释放目标细菌；下游连接MALDI-TOF MS和药敏分析平台。血液样本经裂解和培养基置换后直接上样，避免预处理造成的细菌损失。

讨论与结论
该研究突破性地将BSI诊断全流程缩短至12小时，其核心创新在于：1) 跳过血培养步骤直接检测原液样本；2) 单细菌水平定量提高检测灵敏度；3) AI算法实现AST结果自动化判读。临床验证显示该方法对抗生素预处理样本仍保持稳定检出率，这对已接受经验性治疗的患者尤为重要。研究者特别指出，SDA芯片的成本效益比显著优于分子检测等替代技术，有望成为基层医疗机构开展精准抗感染治疗的有力工具。

这项技术的意义不仅在于时间压缩，更开创了"检测-鉴定-药敏"三位一体的BSI诊断新模式。随着耐药菌问题日益严峻，快速AST结果对指导临床合理用药具有重大价值。未来通过扩展病原体检测谱系，该平台或将成为抗击"超级细菌"的重要技术储备。