從食品安全到醫(yī)學診斷，檢測活細菌對于各個領域都很重要。進行抗生素敏感性測試(AST)的現(xiàn)有技術(例如，可以使醫(yī)療保健提供者開具針對特定感染的正確劑量的抗生素的測試)是緩慢的，需要熟練的技術人員或使用笨重且昂貴的儀器。賓夕法尼亞州立大學研究人員開發(fā)的新型電化學傳感器現(xiàn)在可以使該過程更簡單，同時成本低廉且便于攜帶，并且可以直接監(jiān)測血液或牛奶等液體樣品中的活菌。

賓夕法尼亞州立大學電氣工程與計算機科學學院電氣工程學助理教授Aida Ebrahimi說：“血液是一個非常復雜的解決方案。” “它具有各種成分，包括紅細胞和許多蛋白質(zhì)，這使得很難檢測到諸如活細菌細胞之類的特定靶標。它也是不透光的，這對直接分析血液的光學方法提出了挑戰(zhàn)。”

相反，電化學傳感器不受樣品不透明度的限制。然而，用于測量細菌生存力的現(xiàn)有電化學方法需要將氧化還原活性試劑與樣品混合。氧化還原活性試劑與代謝細胞交換電子。但是，一個問題是該試劑會干擾抗生素。此外，這些試劑的添加限制了用于檢測活細菌的傳感器的應用，例如在食品篩選中。Ebrahimi集團開發(fā)的新方法不需要任何其他代理。

Ebrahimi說：“我們使用一種簡單的電沉積方法開發(fā)了一種氧化還原活性晶體，稱為RZx，該方法僅使用有機成分。” “制造這種材料的過程成本非常低，并且是在室溫和中性pH值(不是酸性或堿性)下完成的，因此非常安全且環(huán)保。有機晶體通過感知pH值的變化來直接檢測細菌的代謝活性。細胞呼吸以及檢測通過代謝活細胞釋放的小分子。”

研究人員還通過在各種電極上沉積RZx(從紙上的絲網(wǎng)印刷碳電極到使用CO 2激光寫入系統(tǒng)創(chuàng)建的激光感應石墨烯電極)來顯示傳感器制造過程的多功能性。設計和制造任意幾何形狀的能力對于可擴展的生產(chǎn)和設備工程非常重要。

盡管Ebrahimi的團隊最近為快速AST進行了其他開發(fā)，但基于RZx的傳感器還是便攜式的。同樣，在他們以前的研究中，他們研究了細菌的運動，而在這里，他們正在探索細胞的代謝活性。這是有利的，因為有時細菌在仍在代謝或“呼吸”時可能不會移動。

Ebrahimi還指出，這種方法不僅可以用于醫(yī)學診斷，還可以用于測試食品質(zhì)量。除了測試血液外，研究人員還測試了牛奶樣品，因為活細菌的測試對食品安全和質(zhì)量檢查很重要。相同的原理也可以用于測試水的環(huán)境安全和監(jiān)測。

除了這些工作之外，Ebrahimi還正在研究該方法的未來應用。