新技术改善抗生素治疗决策

生物医学工程副教授郑国安开发了一种新的传感器技术，可以进行高时空分辨率和高灵敏度的大规模微生物监测。

该传感器可以确定治疗患者某些细菌感染的最有效抗生素。与传统方法相比，它为微生物学家和临床医生提供了更多关于微生物生长的详细信息，速度更快，灵敏度更高。UConn 已经公布了这项发明的专利。

郑的 ptychographic 传感器在厘米尺度的视野内实现了单细胞空间分辨率和 15 秒的时间分辨率。

该传感器由三个主要部分组成：照亮样品的激光光源、涂有微珠散射层的图像传感器，以及保持设备在适当温度下运行的冷却器。微珠的散射层用作微生物监测的计算透镜。

整个设备可以放置在一个普通的孵化器中，也可以作为一个独立的孵化单元进行长期实验。

在最近发表在Biosensors and Bioelectronics 上的一篇论文中，Zheng 在大肠杆菌(一种用于微生物监测的模式生物)上测试了这项技术，并取得了巨大成功。他研究了大肠杆菌对两种不同抗生素的反应：庆大霉素和氨苄青霉素。

当患者因潜在的细菌感染而进入医院或其他医疗机构时，医疗保健从业人员将从感染部位采集样本并将其培养在专门的培养基上，如琼脂平板。将不同浓度的不同抗生素添加到培养基中以确定药物的最小抑制浓度。结果使从业者能够使用最有效的抗生素，同时降低耐药风险。

“这个想法是我们试图找到正确的药物及其剂量来治疗患者，”郑说。

在郑的传感器中，样品位于图像传感器的顶部以进行数据采集。当激光照射到样品上时，光从样品上衍射出来并被微珠的散射层调制以进行检测。通过将设备平移到不同的 xy 位置，可以获得许多衍射光图案并用于重建细菌菌落的图像。

重建过程的核心是一种称为 ptychography 的成像技术。诸如图像传感器之类的光检测器仅测量撞击它们的光的强度变化。在记录强度的过程中，它们丢失了相位信息，该信息表征了光在传播过程中延迟了多少。Ptychography 最初是为电子成像而开发的，是一种相位检索方法，可从许多不同的强度测量中恢复丢失的相位信息。

这种 ptychographic 重建过程产生了一个 3-D 图像，科学家可以在计算机上查看该图像，以了解细菌如何生长和对抗生素的反应。

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