Выделение неповрежденных бактерий из крови с помощью микрофлюидного монолитного устройства
Новое исследование, опубликованное в Microsystems and Nanoengineering, описывает микрофлюидное устройство для выделения живых и неповрежденных бактерий из цельной крови. Ученые из междисциплинарных департаментов механической, химико-биомолекулярной инженерии и биоинженерии в США под руководством Чжун Ён Хана разработали метод на основе пористого кремнеземного монолита.
Принцип работы устройства
Устройство использует механический гемолиз (разрушение клеток крови) при пропускании образца через монолит. Ключевая особенность — селективный лизис: эритроциты и лейкоциты разрушаются из-за высокого механического напряжения при деформации в узких порах, а бактерии схожих с порами размеров проходят через монолит неповрежденными и жизнеспособными.
Разработка и оптимизация
- Синтез монолита: Ученые модифицировали процесс получения кремнеземных монолитов из алкилсиликатов с использованием полиэтиленгликоля (PEG) и мочевины для контроля пористости.
- Интеграция в чип: Были созданы два варианта
устройства:
- Низкопроизводительный: сегменты капилляров с монолитом, встроенные в термопластичные микрофлюидные чипы.
- Высокопроизводительный: монолиты с большей площадью поперечного сечения.
- Оптимизация параметров: Эффективность лизиса эритроцитов значительно возрастала при длине монолита более 1 мм.
Экспериментальная проверка
Устройство успешно тестировали на селективном пропускании различных грамположительных (Lactococcus lactis, Micrococcus luteus, Bacillus subtilis) и грамотрицательных (Enterobacter cloacae) бактерий. Прохождение бактерий без повреждений подтверждалось методом динамического светорассеяния (DLS).
Устройство могло обработать более 400 µL цельной крови с добавленными бактериями до значительного повышения противодавления из-за засорения продуктами лизиса и задержанными лейкоцитами.
Потенциал для диагностики
Для идентификации выделенных бактерий ученые использовали Рамановскую спектрометрию единичных клеток. Сочетание технологии селективного лизиса с конфокальной Рамановской микроскопией в будущем может позволить быстро обнаруживать целевые бактериальные штаммы даже при низких концентрациях.
Значение работы
Предложенный метод обеспечивает быструю, не требующую культивирования подготовку образцов для анализа бактерий в цельной крови. Это открывает путь к созданию портативных диагностических устройств для точечной помощи (point-of-care), что критически важно для раннего выявления сепсиса и других опасных инфекций.