Bakteriella infektioner har blivit ett av de största hälsoproblemen i världen, och en ny studie visar att COVID-19-patienter har en mycket större chans att förvärva sekundära bakterieinfektioner, vilket ökar dödligheten avsevärt.

Att bekämpa infektioner är ingen lätt uppgift, fastän. När antibiotika är vårdslöst och överdrivet förskrivna, som leder till snabb uppkomst och spridning av antibiotikaresistenta gener i bakterier-vilket skapar ett ännu större problem. Enligt Centers for Disease Control and Prevention, 2,8 miljoner antibiotikaresistenta infektioner händer i USA varje år, och mer än 35, 000 människor dör av dem.

En faktor som bromsar kampen mot antibiotikaresistenta bakterier är hur lång tid det tar att testa för det. Den konventionella metoden använder extraherade bakterier från en patient och jämför laboratoriekulturer odlade med och utan antibiotika, men resultaten kan ta en till två dagar, öka dödligheten, sjukhusvistelsen och den totala vårdkostnaden.

Docent Seokheun "Sean" Choi - en fakultetsmedlem vid Institutionen för el- och datateknik vid Binghamton University's Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science - undersöker ett snabbare sätt att testa bakterier för antibiotikaresistens.

"För att effektivt behandla infektioner, vi måste välja rätt antibiotika med den exakta dosen för lämplig varaktighet, "sa han." Det finns ett behov av att utveckla en testmetod för antibiotikakänslighet och erbjuda effektiva riktlinjer för att behandla dessa infektioner. "

Under de senaste åren, Choi har utvecklat flera projekt som korsar "papertronik" med biologi, till exempel en som utvecklade biobatterier med mänsklig svett.

Denna nya forskning med titeln "En enkel, billig, och snabb metod för att bedöma antibiotisk effektivitet mot exoelektrogena bakterier "och publicerades i novembernumret av tidskriften Biosensorer och bioelektronik —Förlitar sig på samma principer som batterierna:Bakteriell elektronöverföring, en kemisk process som vissa mikroorganismer använder för tillväxt, övergripande cellunderhåll och informationsutbyte med omgivande mikroorganismer.

"Vi utnyttjar denna biokemiska händelse för en ny teknik för att bedöma antibiotikans effektivitet mot bakterier utan att övervaka hela bakterietillväxten, "Sa Choi." Så vitt jag vet, vi är de första som demonstrerar denna teknik på ett snabbt och högt genomströmningssätt genom att använda papper som ett substrat. "

Arbeta med Ph.D. studenterna Yang Gao (som tog sin examen i maj och nu arbetar som postdoktor vid University of Texas i Austin), Jihyun Ryu och Lin Liu, Choi utvecklade en testanordning som kontinuerligt övervakar bakteriers extracellulära elektronöverföring.

Ett medicinskt team skulle ta ut ett prov från en patient, ympa bakterierna med olika antibiotika under några timmar och sedan mäta elektronöverföringshastigheten. En lägre takt skulle innebära att antibiotika fungerar.

"Hypotesen är att den antivirala exponeringen kan orsaka tillräcklig hämning av bakteriell elektronöverföring, så avläsningen av enheten skulle vara tillräckligt känslig för att visa små variationer i den elektriska effekten som orsakas av förändringar i antibiotikapåverkan, "Sa Choi.

Enheten kan ge resultat om antibiotikaresistens på bara fem timmar, som skulle fungera som ett viktigt diagnosverktyg, särskilt i områden med begränsade resurser.

Prototypen - delvis byggd med finansiering från National Science Foundation och U.S.Office of Naval Research - har åtta sensorer tryckta på pappersytan, men det kan utökas till 64 eller 96 sensorer om läkare ville bygga in andra tester i enheten.

Utifrån denna forskning, Choi vet redan var han och hans elever skulle vilja åka nästa:"Även om många bakterier är energiproducerande, vissa patogener utför inte extracellulär elektronöverföring och får inte användas direkt på vår plattform. Dock, olika kemiska föreningar kan hjälpa elektronöverföringen från icke-elproducerande bakterier.

"Till exempel, E coli kan inte överföra elektroner från insidan av cellen till utsidan, men med tillsats av några kemiska föreningar, de kan generera el. Nu arbetar vi med hur man gör denna teknik allmän för alla bakterieceller. "