利用Pipejet压电式纳升点样分液喷头，制备生物传感器芯片，用于噬菌体疗法研究

2026-06-08 14:01:49, 环亚生物环亚生物科技有限公司

在抗生素过度使用的当下，多重耐药病原菌数量不断攀升，严重威胁人类健康。噬菌体疗法用于细菌耐药性检测，具有高度特异性，成为极具潜力的治疗选择。然而，传统的噬菌体筛选方法，如在双层琼脂平板上进行细菌培养和噬菌体添加以引发细菌裂解，不仅操作繁琐、工作量大，而且难以实现并行化和自动化，严重限制了筛选效率。在此背景下，开发一种高效、快速且能实现高通量筛选的方法至关重要，这不仅能加速噬菌体疗法的临床应用，还可能为耐药菌感染的治疗带来新的突破。

本次介绍的文章是《PhagoScreener: A novel phagogram platform based on a capillary-wave microbioreactor》，来自德国布伦瑞克工业大学生物化学工程研究所的研究团队，于2024年发表在《New BIOTECHNOLOGY》杂志。该团队建立了一套新的基于毛细管波微生物反应器（capillary-wave microbioreactor ，cwMBR）的噬菌体筛选技术，有望加速噬菌体研究的临床应用。

实验步骤

菌株与噬菌体准备

大肠杆菌K12 MG1655在复合培养基中摇瓶过夜培养作为预培养物。噬菌体MM02和EASG3分别用噬菌体缓冲液复苏后进行直接的噬斑测定，以确定噬菌体滴度，并制备初级、次级裂解液备用。

cwMBR平台搭建

cwMBR芯片由飞秒激光直接结合选择性湿法蚀刻光敏玻璃制成，继而置于 3D打印的平台支架中。支架由方形聚氯乙烯板和电子激励器组成。将整体平台放入连接恒温器和超声波加湿器的培养箱内，通过垂直振荡混合液滴以产生特定波型的毛细管波，以微涡流的形式引起对流，通过相关软件、声卡和放大器驱动，蓝色LED用作吸光度测量的光源。

图 1. cwMBR 平台：3D打印的cwMBR支架、cwMBR芯片及其他组件，支架底座最多可包含9个入口，每个入口容纳1个cwMBR 芯片。入口将cwMBR和光纤固定在适当的位置，以便传感器读取；盖子和湿润的海绵可维持环境湿润；蓝色LED用作吸光度测量的光源。

样品处理

使用德国Biofluidix公司开发的可集成PipeJet压电式纳升级微量分液模块进行移液/分液，来评估吸光度传感器系统对微生物培养液浓度测量的可靠性。先向cwMBR芯片中移液3.5 μL氯化钠溶液，再以500nL的增量逐步添加浓缩的大肠杆菌培养物（OD≈16）直至总体积达7μL，测定每步添加后的电路电压，建立电压与细胞浓度的关系。

噬菌体筛选

分别在cwMBR和96孔板中培养大肠杆菌并对比，同时进行噬菌体筛选实验。将预培养的大肠杆菌稀释后，7μL用PipeJet纳升级微量分液喷头/喷液阀加至cwMBR中，100μL加入96孔板。cwMBR培养时控制温度、湿度和振荡条件，96孔板在酶标仪中培养，设置振荡和不振荡组，定期测量吸光度和细胞计数。噬菌体筛选实验中，大肠杆菌培养至特定光密度后添加不同浓度的噬菌体，设置生长对照，同步培养并测量。

统计分析

所有实验设置三个重复，采用单因素方差分析判断不同噬菌体、噬菌体感染复数（MOI）或培养系统对最终细胞数量的影响。

实验结论

生物传感器芯片性能良好：开发的基于光电阻的吸光度电化学传感器系统成本效益高、可高度并行化，测量结果与细胞浓度在一定范围内呈良好线性关系（R²=95.0%），适用于噬菌体筛选及其他细胞相关应用（图2）。

图 2 . 基于Arduino的吸光度传感器系统在不同光密度（λ=600nm，范围为0至 8.32）和细胞数量（范围为 0 至 4.23×10⁹ mL⁻¹）下相对于OD=0的电压变化此图展示了毛细管波微生物反应器（cwMBR）芯片中的数据情况。

cwMBR培养优势显著：cwMBR与振荡的96孔板培养效果相似且优于非振荡的96孔板。cwMBR中大肠杆菌生长良好，细胞密度和生长速率较高。其亲水性玻璃可减少噬菌体吸附，且芯片可重复使用，具有高度并行化和自动化特点。
适用于不同噬菌体筛选：cwMBR适用于不同噬菌体如MM02和 EASG3的筛选，可区分其裂解动力学差异，同时及时在线裂解测量可加速噬菌体筛选过程，未来有望用于高通量筛选和个性化医疗。

综上所述，cwMBR为噬菌体筛选提供了一种经济、高效的替代方案。结合德国BioFluidix公司的微量/超微量PipeJet压电式纳升级分液系统，cwMBR的并行化能力有效提升，可快速筛选大量噬菌体库以及噬菌体 - 噬菌体、噬菌体-抗生素组合，为个性化医疗中的噬菌体疗法乃至其他应用（如抗生素敏感性测试）提供有力支持。

更多信息请参考原文：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1871678424005363