【摘要】 抗生素的滥用和细菌对几乎所有药物的适应能力导致了全球范围内的抗生素耐药性问题，并不可避免地导致了革兰氏阴性菌的“多重耐药性”。

细菌的抗生素耐药性是一个日益严重的全球性问题。尤其是革兰氏阴性菌感染，是当今最具挑战性的细菌感染。抗生素的滥用和细菌对几乎所有药物的适应能力导致了全球范围内的抗生素耐药性问题，并不可避免地导致了革兰氏阴性菌的“多重耐药性”。在许多因素中，存在于细菌外细胞膜上的外膜通道/孔蛋白（Omp）被认为在耐药机制中起着至关重要的作用。

 

生物传感器是用于分析生物材料样本的分析工具，通过将生物反应转换为电信号和/或光信号，可以帮助我们了解生物分子的生物组成、结构和功能和/或生物机制。特别是随着致病菌抗生素耐药性的上升，在生物传感器领域研究抗生素活性和跨细胞膜运输已变得日益重要。

 

在此，为了快速、无标记地检测抗生素跨膜渗透。集成芯片由粘合在玻璃上的微电极上的聚二甲基硅氧烷基微流控通道组成，使我们能够根据电阻抗测量识别抗生素跨膜渗透到模型膜的情况，同时还允许光学监测。阻抗测试是无标记的，因此可以检测荧光和非荧光抗生素。作为模型膜，使用巨型单层囊泡 (GUV)，并通过精密电感、电容和电阻计进行阻抗测量。

 

从设备记录的测量信号用于确定 GUV 内部和外部的浓度变化。我们发现，使用所提出的集成设备可以轻松监测抗生素分子的渗透情况。结果还显示了通过脂质双层发生的双层渗透与通过插入脂质双层的孔蛋白通道的孔蛋白介导渗透之间的明显差异。

 

图 1 抗生素分子渗透进入囊泡的示意图[1]

 

在此，在集成芯片上研究了抗生素的详细囊泡渗透。电形成产生的囊泡模拟活细胞的细胞膜，而阻抗测量是评估无标记渗透率随时间变化的一种方法。设计并生产了集成到钛电极阵列上的 PDMS 微流控芯片，以开发无标记芯片上检测方法。作为概念验证，混合设备随后用于双层和孔蛋白介导的渗透测试。

 

实验结果表明，该装置可有效地利用预定时间内囊泡内外浓度的阻抗变化来了解渗透速率。未来的研究应针对具有不同化学性质（如电荷）的其他氟喹诺酮类药物和氨基酸的单一或多重测试，以进一步研究集成芯片的容量。我们得出结论，在对体外抗生素渗透平台的各种评估中，无论药物是自发荧光还是非自发荧光；这种灵活、稳健的概念和混合设备可以得到广泛的应用。

 

[1]Kaur J, Ghorbanpoor H, Öztürk Y, et al. On‐chip label‐free impedance‐based detection of antibiotic permeation[J]. IET nanobiotechnology, 2021, 15(1): 100-106.

 

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