一张试纸、一个App，即可快速检测耐药菌及其抗生素敏感性。日前，万博体育bet 柔性电子（未来技术）学院李林教授、吴琼副教授指导，博士研究生姬文辉等同学负责的项目“荧光纸基智能检测系统：包‘知’百菌”在第三届江苏省大学生生物医学工程创新设计竞赛中荣获一等奖。

在使用抗生素之前，如何经济、快速、有效地鉴别耐药菌及其抗生素敏感性，对合理使用抗生素、控制耐药菌程度、缩短治疗时间、提高病人生存率都起着至关重要的作用。

“我们在前期的研究过程中发现随着β-内酰胺类抗生素的滥用，细菌耐药性变得越来越强。”吴琼介绍说，细菌产生耐药性的重要原因是β-内酰胺酶的过表达，这种酶可在抗生素与细菌作用之前，水解抗生素的β-内酰胺四元环，破坏抗生素原有结构从而导致其失去药物活性。

进样层滴加待测液，经过设计的微通道分别流入检测层，通过与预先固定的荧光探针结合，荧光信号在右上图中显示，手机App将拍照图片导入后，经计算显示出最终待测液浓度。吴琼供图

团队负责人姬文辉表示，“目前β-内酰胺类抗生素耐药菌常用的检测方法主要有四种：微生物检测法、聚合酶链反应法、质谱检测法和基于β-内酰胺酶的显色法。这些方法存在一定的弊端，例如检测步骤繁琐、成本高、依赖于大型检测设备及专业人员等等。”

基于此，课题组十余年来一直聚焦“生物医学光子学”的多学科交叉研究，致力于开发疾病“全面预防-快速诊断-精准治疗”的化学-材料-光学-生物-医学融合的系统策略。

吴琼介绍，如果说抗生素结构中的β-内酰胺四元环是一扇门，荧光探针就是专一开启这扇门的指纹钥匙。当探针遇到β-内酰胺四元环，会立刻结合并改变自身结构，释放荧光信号。

在这一设计原理的指导下，结合课题组在柔性荧光纸基器件领域的大量探索和积累，团队利用人工智能技术，设计了一种性能优异、检测迅速、具有全时域环境适应特性的小分子荧光探针，同时建立了云端测试数据库，构建AI智能分析测试系统。

“我们将这个系统称之为‘化学＋AI’的智能检测系统，检测时可以将检测原液滴加在预先固定了小分子荧光探针的试纸上，试纸上会显示出荧光信号。用手机拍下荧光信号的照片，再将照片导入团队研发的手机App中，App中的智能算法可以根据试纸中的荧光信号强度及检测时的温湿度等复杂环境参数，快速计算后得到β-内酰胺酶浓度。”吴琼说，该系统操作简便，无需专业技能和昂贵的大型仪器，只需在智能手机安装App即可完成检测，检测时间不超过20分钟。

在吴琼看来，该系统还有助于在温度、湿度、测试溶剂、pH与实验室条件不同的复杂环境中对生物标志物进行监控，实现不稳定条件下稳定的测试，对于治疗和手术的成功率有着重要的作用，具有成本低、操作简单、检测时间短、特异性高、全时域应用等优点，弥补了目前β-内酰胺酶传统检测方法中的一些弊端。

“随着人们生活水平的提高，获取各类抗生素的方式越来越简单，使得抗生素使用量急剧增加，与此同时也加速了细菌耐药性的进化。”李林介绍，过量使用抗生素加剧了细菌的耐药性的传播，有些疾病更加难以治愈，“我们研究的快速适应性智能荧光纸基设备能够解决目前野外、紧急手术等复杂环境中耐药菌的快速检测的问题。接下来，我们在柔性生物电子器件设计方面将持续发力，为解决更多的实际健康医学问题提供解决方案。”

责任编辑：宋慈

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