Forskare har skapat ett nytt sätt att övervaka subtila läkemedelsinteraktioner mellan bakterier och antibiotika. Genom att använda en vanlig kontorsbläckstråleskrivare, forskare från NTU Singapore och Kina utvecklade en levande engångslaser på chip genom att kapsla in levande bakterier inuti. Starka laserutsläpp som genereras från bakterier inuti droppen kommer att förstärkas dramatiskt under läkemedelsinteraktioner. Detta genombrott skulle kunna möjliggöra mer känsliga och högeffektiva tester med mikro-nanolaserteknik inom en snar framtid.

Antibiotika har förändrat medicinområdet genom att göra det möjligt att behandla många mikrobiella sjukdomar idag. Övervakning av interaktionerna mellan bakterier och antibiotika (patogena läkemedel) är därför ett kritiskt steg för ytterligare utvärdering av läkemedelseffektivitet. Olika typer av teknologier har utvecklats under det senaste decenniet i sökandet efter ett mycket känsligt verktyg för att övervaka interaktioner mellan läkemedel och bakterier. På grund av många begränsningar, konventionella tekniker tar vanligtvis längre tid för att se ett uppenbart resultat av läkemedelsinteraktionerna. Det är därför mycket utmanande att identifiera små dynamiska interaktioner.

De senaste framstegen inom mikrolasrar har visat dess kraftfulla kapacitet när det gäller signalförstärkning, stark intensitet, och hög känslighet för biomedicinsk avkänning. I jakten på ett enklare och känsligare detektionsverktyg, En ny studie ledd av professor Yu-Cheng Chen vid Nanyang Technological University (NTU Singapore) har nu utvecklat en tvättbar, levande engångslaser som kan övervaka små dynamiska bakterier-läkemedelsinteraktioner på ett chip. De små lasrarna fungerar som en mycket känslig odlingsfri sensor, där levande bakterier var inkapslade i de mikrostora vattendropparna. Upprymd över deras resultat publicerade i Analytisk kemi , Prof. Yu-Cheng Chen, en biträdande professor vid Nanyang Technological University, NTU Singapore säger, "Det är fantastiskt att dessa små biologiska levande lasrar kan skrivas ut direkt från en kontorsbläckstråleskrivare. Med fördelarna med bläckstråleutskrift, de levande lasrarna kan tillverkas till en massdimension på några sekunder. Det coola är att du kan sedan tvätta bort lasrarna och skriva ut igen efter upptäckt."

Beredningen av dessa sensorer skedde i tre steg. Först, forskarna märkte bakterierna (Escherichia coli) med nukleinsyrafärgämnen, som kunde känna igen DNA och RNA i celler. Sedan injicerades cellerna tillsammans med dess cellmedium i kontorsskrivaren, där antibiotika kan tillsättas direkt i pipettspetsarna (eller skrivhuvudet). Halvsfäriska mikrodroppar trycktes sedan i array på spegelchips. Till sist, den levande laseruppsättningen skannades med en laserstråle för att generera laseremissionsbilder från viskande gallerilägen.

Eftersom läkemedel interagerar med bakterier, cellmembranet skulle förstöras och, i tur och ordning, mer fluorescerande DNA (gain-molekyl) kommer att släppas ut i droppen med tiden och bidra till WGM, vilket resulterar i starkare laseremission. Eftersom lasersignalen är mycket känslig för förändringarna av färgämnesmolekylerna vid droppgränssnittet, därför, liten ökning av de frigjorda DNA-molekylerna kan fångas upp och resultera i en betydande förändring i förstärkningsfördelningen och laserutsläpp. Resultaten visade att laseremissionsbildanalys är mycket känsligare än fluorescensbildanalys med två storleksordningar, där fluorescensbilder blir mättade efter en kort tidsperiod. Professor Chen Yu-Cheng säger, "Våra fynd visar att förstärkningen som sker under lasergenerering gjorde det möjligt för oss att kvantifiera små förändringar i biologiska processer i förstärkningsmediet."

I samarbete med Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology i Kina, teamets nya levande laserbiosensordesign eliminerar inte bara behovet av tidskrävande och mödosam cellodling, men förenklar också sensorkonfigurationen utan krav på någon komplex tillverkning. Viktigast, ett nytt koncept för bioanalys baserat på laseremissionsbilder föreslogs för att kvantifiera de underliggande biokemiska och biologiska processerna in vitro eller in vivo, banar väg för laseranalys på chip med hög genomströmning av levande organismer.

När det gäller de viktiga framtida tillämpningarna av deras arbete, Docent Shilun Feng, vem är medförfattaren förklarar, "Detta är ett fantastiskt arbete genom att slå samman mikrofluidisk tillverkning med levande lasrar på ett chip. Samma tillvägagångssätt kan tillämpas på ett brett spektrum av levande arter, inklusive levande celler, bakterie, virus, och proteininteraktioner. Denna teknik kan möjliggöra snabb diagnos och behandling med hög känslighet. Med de snabba behoven av läkemedelsscreening mot virus, denna teknik kan till och med göra det möjligt för virus eller bakterier att odlas inuti mikrodropparna och övervaka de dynamiska interaktionerna med läkemedel. " Verkligen, även om det fortfarande finns en lång väg att kämpa för många sjukdomar i framtiden, deras enhet representerar en milstolpe för att implementera biologisk levande laser mot högkapacitetsanalys av levande organismer.