组成图示
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传感器类型
微流控生物传感器
检测对象
尿路致病性大肠杆菌（uropathogenic Escherichia coli）生长及庆大霉素（gentamicin）最低抑菌浓度（MIC）；样品基质为MH肉汤/MH-PB（含Pluronic F-68和BSA）微流控水油液滴。
检测原理
磁珠在外部旋转磁场中发生异步磁旋转（AMBR），其平均旋转频率取决于磁矩、磁场强度、介质粘度和磁珠复合物的有效体积。生物素化抗大肠杆菌抗体通过生物素-链霉亲和素作用将大肠杆菌捕获在链霉亲和素磁珠表面。活菌在液滴内生长和分裂时，磁珠-菌复合物的有效体积增大，导致旋转周期变长；若庆大霉素浓度高于MIC，细菌蛋白合成被抑制，生长停止，有效体积基本不变，旋转周期无明显变化。系统用倒置显微镜和数字相机记录磁珠旋转，通过ImageJ强度轮廓和MATLAB FFT提取旋转周期。微流控液滴限制稀释并累积细胞生长信号，使小群体生长可在15 min内产生可分辨的旋转周期差异。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、斜率或R^2；体积灵敏度: 0.09 μm（8.8 μm磁珠，原文抽取为0.09 mm）、0.03 μm（M-280磁珠，原文抽取为0.03 mm）；信号变化: 15 min内52%、30 min内100%。
效应效果
液滴封装降低磁珠间磁相互作用和表面粘附，使单个传感器可连续监测数小时。50个8.8 μm磁珠在液滴中平均旋转周期2.11 ± 0.62 s（CV 30%），玻璃表面3.5 ± 1.4 s（CV 40%）；2 h内8.8 μm和M-280磁珠响应分别变化5%和3%。固定细菌对照无显著变化，说明信号来自活菌增殖。药敏实验中，0和0.5 μg/mL庆大霉素下细菌生长，2和4 μg/mL下无明显生长；AMBR估计MIC与VITEK 2的1 μg/mL一致。15 min内高低MIC组旋转周期差异52%，30 min内达100%。作者认为该平台可并行、低成本，有望将传统6–24 h表型AST缩短至15–30 min。
传感器的构成
- 微流控基底：硼硅酸盐玻璃微流控芯片（400 borosilicate glass wafer），HF刻蚀通道并涂覆Parylene-C，UV胶合盖玻片，形成0.5–1 nL水油液滴通道。
- 连续相隔离层：矿物油含1% Span 80（v/v），作为油相连续相，隔离水相液滴并减少磁珠间及磁珠-表面相互作用。
- 水相反应层：MH-PB（Mueller Hinton肉汤加1% Pluronic F-68和0.1% BSA），提供细菌生长介质并稳定液滴。
- 磁珠换能层：8.8 μm链霉亲和素包被超顺磁珠或Dynabeads M-280（2.8 μm），在旋转磁场中异步旋转，将体积变化转换为旋转周期变化。
- 识别元件：生物素化抗大肠杆菌抗体（biotinylated anti-E. coli, ab20640-1），通过生物素-链霉亲和素结合捕获大肠杆菌。
- 被测物/全细胞：尿路致病性大肠杆菌（uropathogenic Escherichia coli），结合磁珠后生长使磁珠有效体积增加。
- 信号读出：Olympus IX71倒置显微镜、Basler数字相机、电磁线圈旋转磁场（0.9 mT）及ImageJ/MATLAB FFT，监测磁珠旋转周期。
中文摘要
不当使用抗生素是抗菌药物耐药性产生和传播的重要因素。临床抗菌药物敏感性试验（AST）通常需要超过24小时，常导致患者接受经验性治疗，而该治疗可能不足、不当或抗菌谱过宽。缩短AST时间有助于更早选择合适治疗。本文报道一种新型异步磁珠旋转（AMBR）生物传感器液滴微流控平台，可实现单细胞和小细胞群体生长测量，用于快速AST。作者将尿路致病性大肠杆菌小群体固定于磁珠上并封装于微流控水油液滴中，在旋转磁场下监测磁珠旋转周期。当细菌暴露于低于庆大霉素最低抑菌浓度（MIC）时观察到生长，高于MIC时无明显生长。15 min内传感器信号（旋转周期）变化达52%，表明该平台有望在数分钟内完成AST，从而缩短传统表型药敏试验时间并支持更精准抗菌治疗。
英文摘要
Inappropriate antibiotic use is a major factor contributing to the emergence and spread of antimicrobial resistance. The long turnaround time (over 24 hours) required for clinical antimicrobial susceptibility testing (AST) often results in patients being prescribed empiric therapies, which may be inadequate, inappropriate, or overly broad-spectrum. A reduction in the AST time may enable more appropriate therapies to be prescribed earlier. Here we report on a new diagnostic asynchronous magnetic bead rotation (AMBR) biosensor droplet microfluidic platform that enables single cell and small cell population growth measurements for applications aimed at rapid AST. We demonstrate the ability to rapidly measure bacterial growth, susceptibility, and the minimum inhibitory concentration (MIC) of a small uropathogenic Escherichia coli population that was confined in microfluidic droplets and exposed to concentrations above and below the MIC of gentamicin. Growth was observed below the MIC, and no growth was observed above the MIC. A 52% change in the sensor signal (i.e. rotational period) was observed within 15 minutes, thus allowing AST measurements to be performed potentially within minutes.