精準(zhǔn)納升分液助力實現(xiàn)噬菌體篩選的動態(tài)檢測
精準(zhǔn)納升分液助力自動化毛細(xì)管波微型生物反應(yīng)器：加速噬菌體療法的突破性平臺
抗生素濫用催生的多重耐藥菌已成為全球健康威脅，而噬菌體療法憑借對耐藥菌的精準(zhǔn)裂解能力，成為抗生素替代方案的核心方向。噬菌體篩選的關(guān)鍵環(huán)節(jié)即噬菌斑圖（phagograms）檢測，主要依賴繁瑣的雙層瓊脂平板法，存在操作耗時、通量低、重復(fù)性差等問題。現(xiàn)有商業(yè)化微型生物反應(yīng)器因體積大（≥1mL）、通量不足、塑料表面吸附噬菌體等局限，無法滿足需求。
德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)生化工程研究所的團(tuán)隊于2025年在《Engineering in Life Sciences》雜志發(fā)表了名為《Automation of a Capillary-Wave Microbioreactor Platform to Enhance Phage Sensitivity Screen Efficiency》的文章。在該項研究中，科研團(tuán)隊開發(fā)了一種自動化毛細(xì)管波微型生物反應(yīng)器（capillary-wave microbioreactor，cwMBR）平臺。通過納升小體積的精準(zhǔn)加樣技術(shù)，實現(xiàn)了噬菌體篩選的動態(tài)檢測，為噬菌體篩選提供了新的思路。
實驗流程與結(jié)果
1. 自動化 cwMBR 平臺搭建與核心設(shè)備集成
（1）基礎(chǔ)模塊構(gòu)建
制備含 7μL 腔室的 Foturan 玻璃芯片，裝入 3D 打印聚乳酸（PLA）支架，集成加熱膜、伺服活動蓋（用于保濕防蒸發(fā)）及振蕩混合模塊（用于快速混合）部件。
（2）安裝Biofluidix 納升級分液模塊
- 設(shè)備固定與校準(zhǔn)：將2 臺德國Biofluidix的PipeJet 納升級微量分液模塊安裝于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滑臺，與中間的 465nm LED光源對齊，確保分液噴頭精準(zhǔn)對準(zhǔn)芯片腔室。
- 液體配置與參數(shù)設(shè)定：將儲液池與Pipejet噴頭連接，在儲液池中分別裝入去離子水（用于補(bǔ)充蒸發(fā)的水分）和噬菌體溶液；校準(zhǔn)分液裝置至 2nL 級加樣精度，變異系數(shù) 0.37%。
（3）檢測系統(tǒng)整合
搭建平行光譜光檢測器（parallelized spectrometric light detector，PSLD），通過光纖連接芯片與光譜儀，Python 軟件實時采集數(shù)據(jù)；整個平臺置于恒溫恒濕腔（37℃、95% 濕度）。（圖1）
搭建平行光譜光檢測器（parallelized spectrometric light detector，PSLD），通過光纖連接芯片與光譜儀，Python 軟件實時采集數(shù)據(jù)；整個平臺置于恒溫恒濕腔（37℃、95% 濕度）。（圖1）
圖 1 自動化毛細(xì)管波微型生物反應(yīng)器（cwMBR）平臺（A）Pipejet納升分液裝置與 LED 燈支架：支架上固定有2臺Pipejet納升分液裝置，每臺分液裝置均連接有作為儲液池的移液器吸頭（通過管路連接）。LED 燈位于兩臺分配器之間，（B）3D 打印 cwMBR 支架（含芯片、加熱膜、光屏障及伺服控制活動蓋）：該支架最多可容納 9 個線性排列的 cwMBR 芯片。（C）自動化 cwMBR 平臺整體示意圖：3D 打印 cwMBR 支架放置于振蕩平臺上，通過垂直振蕩實現(xiàn)混合；Pipejet納升分液裝置連接至帶步進(jìn)電機(jī)的線性滑臺，可在 cwMBR 芯片上方精準(zhǔn)移動。透光強(qiáng)度的測量由平行光譜光檢測器完成，該檢測器通過光纖與 cwMBR 芯片相連。所有設(shè)備均置于恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，培養(yǎng)箱通過散熱器與恒溫器加熱，并通過水浴中的超聲波加濕器維持濕度。
2. 平臺性能表征
- 體積穩(wěn)定性驗證：實驗測得蒸發(fā)率 1.84μL/h，編程控制 Biofluidix Pipejet納升分液裝置每 15min 補(bǔ) 0.46μL 水，8h 內(nèi)體積波動＜0.1μL。
- 溫度與檢測性能測試：對比傳統(tǒng)設(shè)備，cwMBR 14.9min 達(dá) 37℃，芯片間溫差＜0.7℃；PSLD 傳感器與 OD 值線性相關(guān)（R²=99.91%），10 次檢測波動＜0.4%。
3. 自動化噬菌斑圖驗證
- 接種 6.5μL 大腸桿菌預(yù)培養(yǎng)物至芯片，孵育 1h 后，通過Pipejet納升分液裝置精準(zhǔn)添加噬菌體，形成多重感染復(fù)數(shù)（multiplicity of infection，MOI）=10⁻³ 和 10⁻⁵兩組，并設(shè)無噬菌體對照組。
- 實驗期間Pipejet納升分液裝置自動補(bǔ)液，PSLD 實時追蹤細(xì)胞濃度，結(jié)合顯微鏡計數(shù)驗證結(jié)果。
4. 統(tǒng)計分析
采用單樣本 t 檢驗并驗證體積與溫度穩(wěn)定性，單因素方差分析比較設(shè)備差異（α=0.05）。
研究核心結(jié)論
采用單樣本 t 檢驗并驗證體積與溫度穩(wěn)定性，單因素方差分析比較設(shè)備差異（α=0.05）。
研究核心結(jié)論
- 成功構(gòu)建高性價比自動化平臺：整合 Biofluidix Pipejet納升分液裝置與 cwMBR，實現(xiàn) 9 組平行 7μL 反應(yīng)的自動化操控，解決傳統(tǒng)設(shè)備體積大、平行化不足的痛點。
- 關(guān)鍵性能領(lǐng)跑行業(yè)：Pipejet分液裝置實現(xiàn) 2nL 級精準(zhǔn)加樣，體積波動僅 0.88%；加熱效率與溫度均一性顯著優(yōu)于 96 孔板，檢測系統(tǒng)重復(fù)性極高。
- 噬菌體篩選效率倍增：4h 內(nèi)即可獲得大腸桿菌裂解動力學(xué)數(shù)據(jù)，較傳統(tǒng)平板法大幅提速，且減少 90% 以上手動操作，清晰區(qū)分不同 MOI 的裂解差異。
實驗表明，該平臺以親水防吸附、納升級精準(zhǔn)、實時動態(tài)檢測三大優(yōu)勢，為噬菌體療法高通量篩選提供核心工具，未來可拓展至噬菌體雞尾酒、藥-菌聯(lián)合療法研究，加速耐藥菌感染救治進(jìn)程。
更多資訊請參考原文：https://doi.org/10.1002/elsc.70021
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Biofluidix是全球領(lǐng)先的研發(fā)制造高精度生物芯片點樣和分液系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家，不僅有自動化點樣分液平臺，也提供模塊化的皮升/納升/微升（pl/nl/μl）分液裝置，能夠兼容第三方設(shè)備，實現(xiàn)精準(zhǔn)點樣和分液。廣泛應(yīng)用與生物、材料、航空、航天等多個領(lǐng)域。
環(huán)亞生物科技有限公司作為德國Biofluidix公司在中國區(qū)的獨家代理商，一直為國內(nèi)用戶提供專業(yè)的安裝測試、應(yīng)用培訓(xùn)，技術(shù)支持與售后維護(hù)工作，贏得客戶的一致好評與信任。環(huán)亞生物科技有限公司將一如既往的支持越來越多的Biofluidix用戶。
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