微流道抗生素濃度梯度產生器整合於表面增強拉曼散射平行進行細菌抗藥性檢測

Abstract

為了提供適當的抗生素治療，臨床應用上的標準做法是將從病人檢體分離出來的菌株進行抗藥性檢測（antimicrobial susceptibility test，AST），來選擇合適的抗生素種類和劑量，同時也可以避免抗生素的濫用。然而，目前的AST方法仍有耗時、耗力、低準確性等缺點。為了提高準確性，具有高專一性和免標定等優點的表面增強拉曼散射（surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）開始被應用在細菌檢測和抗藥性檢測上。在本論文中，我們設計了一個微流道裝置，具有可用來建立抗生素濃度梯度的側流道（side channel），及在液體流動時，可將細菌保留在其中的微流井（microwell）。透過使用針筒幫浦同時注入細菌培養液與抗生素溶液，此裝置可以自動建立2、4、8、16、32、64 μg/mL等六個抗生素濃度。在螢光珠模擬細菌的實驗中，得知微流井可保留80%以上的螢光珠避免被沖走。接著，當細菌在建立好的各個抗生素濃度下培養三個小時後，即可整合SERS檢測技術進行AST（SERS-AST）。本論文研究共針對兩株細菌進行AST，分別為氨苄青黴素（ampicillin）非抗藥性與抗藥性的大腸桿菌（Escherichia coli）。所有微流井的SERS訊號皆會被量測，經分析即可測得最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC），且該結果與標準AST作法的結果一致。此SERS-AST方法不僅只需要少量（20 μL）細菌溶液與單一微流道裝置與即可測得MIC，更是將整個AST過程從一天大幅縮短至5小時，如此一來可以幫助醫生及早修正施用的抗生素種類和劑量，進一步提高病患存活率並減少抗生素的濫用。