Bacterial classification and antibiotic susceptibility testing on an integrated microfluidic platform

雷苏林 环丙沙星 抗生素 微生物学 细菌 连续稀释 大肠杆菌 抗生素耐药性 细菌生长 生物 化学 生物化学 医学 遗传学 替代医学 病理 基因
作者
Alexandros A. Sklavounos,Carine R. Nemr,Shana O. Kelley,Aaron R. Wheeler
出处
期刊:Lab on a Chip [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:21 (21): 4208-4222 被引量:31
标识
DOI:10.1039/d1lc00609f
摘要

With the prevalence of bacterial infections and increasing levels of antibiotic resistance comes the need for rapid and accurate methods for bacterial classification (BC) and antibiotic susceptibility testing (AST). Here we demonstrate the use of the fluid handling technique digital microfluidics (DMF) for automated and simultaneous BC and AST using growth metabolic markers. Custom instrumentation was developed for this application including an integrated heating module and a machine-learning-enabled low-cost colour camera for real-time absorbance and fluorescent sample monitoring on multipurpose devices. Antibiotic dilutions along with sample handling, mixing and incubation at 37 °C were all pre-programmed and processed automatically. By monitoring the metabolism of resazurin, resorufin beta-D-glucuronide and resorufin beta-D-galactopyranoside to resorufin, BC and AST were achieved in under 18 h. AST was validated in two uropathogenic E. coli strains with antibiotics ciprofloxacin and nitrofurantoin. BC was performed independently and simultaneously with ciprofloxacin AST for E. coli, K. pneumoniae, P. mirabilis and S. aureus. Finally, a proof-of-concept multiplexed system for breakpoint testing of two antibiotics, as well as E. coli and coliform classification was investigated with a multidrug-resistant E. coli strain. All bacteria were correctly identified, while AST and breakpoint test results were in essential and category agreement with reference methods. These results show the versatility and accuracy of this all-in-one microfluidic system for analysis of bacterial growth and phenotype.
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