一種基礎(chǔ)良好的微流控裝置使研究人員能夠生成重要數(shù)據(jù)，以便更好地了解影響細(xì)菌進(jìn)化以對(duì)抗抗生素耐藥性的參數(shù)。

隨著耐藥性在世界范圍內(nèi)蔓延，抗生素變得越來越無效，這使得治療可預(yù)防的感染變得越來越困難。除了發(fā)現(xiàn)能夠殺死耐藥菌的新抗生素（盡管根據(jù)世界衛(wèi)生組織的說法“這條管道正在枯竭”），了解細(xì)菌如何產(chǎn)生耐藥性以及導(dǎo)致“超級(jí)細(xì)菌”產(chǎn)生的原因在我們的研究中同樣重要。努力避免這場全球危機(jī)。

在最近發(fā)表在Small的一項(xiàng)研究中，由卡爾斯魯厄理工學(xué)院 (KIT) 的 Kersten Rabe 博士領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員開發(fā)了一種微流體裝置，使他們能夠監(jiān)測(cè)抗生素耐藥性超級(jí)細(xì)菌由于暴露而導(dǎo)致的細(xì)菌進(jìn)化到不同水平的抗生素。

“我們想開發(fā)和測(cè)試一種微流控芯片，在這種芯片中，細(xì)胞可以在規(guī)定的化學(xué)和物理、準(zhǔn)靜態(tài)條件下長時(shí)間培養(yǎng)，并研究這些條件對(duì)突變發(fā)生和選擇的影響，”說拉貝。

近年來，對(duì)微流體設(shè)備及其模擬生物系統(tǒng)能力的研究呈爆炸式增長，提供了具有驚人功能的廉價(jià)而強(qiáng)大的平臺(tái)，例如模擬器官、模擬疾病和測(cè)試新藥效果的能力，這可能是一種更比動(dòng)物模型更有效的策略。

“微流體設(shè)備使用微型結(jié)構(gòu)，其中液體和氣體在規(guī)定的流量下移動(dòng)，”拉貝解釋說。“例如，這允許非常明確的混合。此外，由于尺寸小，體積小，因此可以精確調(diào)整反應(yīng)參數(shù)，例如溫度?！?/span>

在他們的論文中，作者說，雖然微型流體芯片系統(tǒng)在微生物系統(tǒng)分析中獲得了動(dòng)力，但產(chǎn)生壓力源（如抗生素）的空間定義梯度的能力仍然有限，并且在大多數(shù)情況下，不允許研究人員對(duì)細(xì)菌進(jìn)行長期實(shí)驗(yàn)。結(jié)果，他們可能無法發(fā)現(xiàn)通常只有在長期培養(yǎng)后才會(huì)表現(xiàn)出來的適應(yīng)性。

在微流體裝置中，壓力源梯度通常垂直于系統(tǒng)的流體流動(dòng)方向（圖 a、b），并且必須操縱細(xì)胞從低壓力區(qū)域到高壓力區(qū)域的運(yùn)動(dòng)，例如，通過營養(yǎng)物質(zhì)的排列：低營養(yǎng)物質(zhì)在低壓力區(qū)域和高壓力區(qū)域高營養(yǎng)以吸引細(xì)胞進(jìn)行篩選。適應(yīng)或抵抗的細(xì)胞將進(jìn)入高壓力區(qū)域，使研究人員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行分析。但這是有問題的，因?yàn)檫m應(yīng)的細(xì)胞可能永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)可能發(fā)生選擇的芯片的高應(yīng)力區(qū)域。

這就是 Rabe 和他的團(tuán)隊(duì)試圖通過使用一系列微孔并沿流動(dòng)方向建立壓力梯度的新設(shè)置來克服的（圖 c）。流動(dòng)力將細(xì)胞帶到含有高濃度壓力源的區(qū)域，并抵消高壓力區(qū)域可能的逃避。

“例如，當(dāng)細(xì)菌受到壓力時(shí)，當(dāng)它們?cè)谟卸究股卮嬖诘那闆r下生長時(shí)，許多細(xì)胞就會(huì)死亡，”拉貝說?！叭欢?，由于細(xì)胞的遺傳信息因突變而不斷變化，因此也可以創(chuàng)建不再受抗生素嚴(yán)重影響并存活下來的細(xì)胞。我們開發(fā)的芯片可以優(yōu)先選擇和培養(yǎng)此類細(xì)胞。

“此外，我們的芯片不僅允許細(xì)菌在溶液中生長 [并且不受表面約束]，而且還允許在芯片中使用小孔讓細(xì)菌在大群落中生長，”他補(bǔ)充道?！斑@種‘生物膜’在自然界中非常普遍，可以在耐藥細(xì)菌的發(fā)展中發(fā)揮重要作用?！?/span>

基于良好的芯片使團(tuán)隊(duì)能夠更好地模擬自然微環(huán)境，例如在廢水系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的微環(huán)境，將細(xì)菌暴露于促進(jìn)細(xì)菌復(fù)雜變化的特定壓力源，現(xiàn)在可以更詳細(xì)地研究這些壓力源。