Ny bakterietestmetode til at forbedre sundhedsplejen, fødevaresikkerhed og meget mere

Påvisning af levedygtige bakterier er vigtigt for forskellige områder, fra fødevaresikkerhed til medicinsk diagnose. De eksisterende teknikker til at udføre antibiotisk følsomhedstest (AST) - testning af, at for eksempel, giver sundhedspersonale mulighed for at ordinere den korrekte dosis antibiotika til en bestemt infektion - er langsomme, kræver kvalificeret personale eller anvender omfangsrige og dyre instrumenter. En ny elektrokemisk sensor udviklet af Penn State-forskere kan nu gøre den proces enklere, samtidig med at den er billig og bærbar, og kan direkte overvåge levedygtige bakterier i flydende prøver såsom blod eller mælk.

"Blod er en meget kompleks løsning, " sagde Aida Ebrahimi, assisterende professor i elektroteknik ved Penn State's School of Electrical Engineering and Computer Science. "Den har forskellige komponenter, herunder røde blodlegemer og mange proteiner, som gør detektion af specifikke mål, såsom levende bakterieceller, meget svært. Den er også optisk uigennemsigtig, hvilket gør det udfordrende for optiske metoder at analysere blod direkte."

I modsætning, elektrokemiske sensorer er ikke begrænset af prøveopacitet. Imidlertid, de eksisterende elektrokemiske metoder til måling af bakteriel levedygtighed kræver blanding af et redoxaktivt reagens med prøven. Det redoxaktive reagens udveksler elektroner med metaboliserende celler. Imidlertid, et problem er, at dette reagens kan interferere med antibiotika. I øvrigt, tilføjelsen af ​​disse reagenser begrænser anvendelsen af ​​sensorerne til påvisning af levende bakterier, for eksempel i fødevarescreening. Den nye metode udviklet af Ebrahimi-gruppen kræver ikke nogen yderligere agent.

"Vi udviklede en redox-aktiv krystal, kaldet RZx, ved hjælp af en simpel elektroaflejringsmetode, der kun bruger organiske komponenter, " Ebrahimi sagde. "Processen til at skabe materialet er meget lav pris og udføres ved stuetemperatur og neutral pH-ikke sur eller basisk-gør det meget sikkert og miljøvenligt. Den organiske krystal muliggør direkte påvisning af bakteriel metabolisk aktivitet ved at fornemme pH-ændringerne på grund af celleånding samt ved at detektere små molekyler frigivet af metaboliserende - levende - celler."

Forskerne viste også alsidigheden af ​​sensorfremstillingsprocessen ved at afsætte RZx på en række elektroder, fra screentrykte kulstofelektroder på papir til laserinducerede grafenelektroder skabt ved hjælp af en CO ₂ laser skrivesystem. Denne evne til at designe og fremstille vilkårlige geometrier er vigtig for skalerbar produktion og enhedskonstruktion.

Mens Ebrahimis team for nylig har lavet andre udviklinger for hurtig AST, de RZx-baserede sensorer er bærbare. Også, i deres tidligere forskning, de så på bakteriers bevægelse, hvorimod her, de undersøger cellens metaboliske aktivitet. Dette er fordelagtigt, fordi bakterier nogle gange ikke bevæger sig, mens de stadig metaboliserer, eller "vejrtrækning".

Ebrahimi bemærkede også, at denne metode ikke kun kunne bruges til medicinsk diagnose, men også til at teste fødevarekvaliteten. Ud over at teste blod, forskerne testede mælkeprøver, da test for levende bakterier er vigtigt i forbindelse med fødevaresikkerhed og kvalitetskontrol. Det samme princip kan også anvendes til at teste vand til miljøsikkerhed og overvågning.

Ud over disse værker, Ebrahimi ser også på fremtidige anvendelser af denne metode.

"For fremtiden, vi ser på at udvide arbejdet med at analysere andre mikrobielle patogener, såsom svampe, samt applikationer ud over AST, især til smarte sårforbindinger eller smarte katetre, da bakterielle infektioner i begge disse områder er store problemer, " hun sagde.

Papiret, der diskuterer disse resultater, "Organiske redox-aktive krystallinske lag til reagensfri elektrokemisk antibiotisk følsomhedstest (ORACLE-AST), " blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Biosensorer og bioelektronik .