Описанный в Научных Отчетах, датчик прототипа NIST обеспечивает результаты за меньше чем час, намного быстрее, чем обычные антибактериальные тесты, которые, как правило, требуют, чтобы дни вырастили колонии бактериальных клеток. Задержанные результаты обычных тестов позволяют опасным инфекциям прогрессировать, прежде чем эффективные лечения смогут быть найдены и предоставят окно времени бактериям, чтобы развивать устойчивость к лекарству.
Неправильно прописанные антибиотики и устойчивые к антибиотикам бактерии представляют серьезную угрозу здравоохранению. По крайней мере 2 миллиона болезней и 23 000 смертельных случаев приписываются устойчивым к антибиотикам бактериальным инфекциям в Соединенных Штатах каждый год, согласно отчету 2013 года из Центров по контролю и профилактике заболеваний.
Одно решение может быть новым NIST, ощущающим подход, на основе кристаллического кварцем резонатора, колебания которого варьируются измеримыми способами когда частицы на поверхностном изменении. Подход, который включает бактериальные клетки, придерживался резонатора, представляет новый способ использовать эти сверхчувствительные кристаллы, которые исследователи NIST ранее продемонстрировали для заявлений, таких как имеющая размеры углеродная чистота нанотрубки.
Новые чувства техники NIST механическое движение микробов и их ответа на антибиотики. Другие исследователи ранее нашли, что некоторое бактериальное движение становится более слабым в присутствии некоторых антибиотиков, но до сих пор такие изменения были обнаружены только с датчиками микромасштаба и обычно у подвижных бактерий (продвигаемый нитевидными придатками, названными кнутами). Метод NIST может быть более полезным в клинических параметрах настройки, потому что он собирает электронные данные рентабельно и, начиная с него чувства большие бактериальные колонии, может быть макроскопическим и прочным.Датчик пьезоэлектрический, что означает его изменение размеров, когда выставлено электрическому полю.
Тонкий пьезоэлектрический кварцевый диск зажат между двумя электродами. Переменное напряжение на стабильной частоте около резонансной частоты кристалла применено к одному электроду, чтобы взволновать кристаллические колебания. От другого электрода на противоположной стороне кристалла исследователи делают запись колеблющихся напряжений кристаллического ответа, сигнал что выставочные колебания резонансной частоты (или шум частоты) являющийся результатом микробной механической деятельности, соединенной с кристаллической поверхностью.
Доказательство тестов понятия в NIST использовало два кристаллических кварцем резонатора, покрытые несколькими миллионами бактериальных клеток. Один резонатор использовался, чтобы проверить эффект антибиотика на клетках, в то время как второй резонатор использовался в качестве контроля без антибиотика.Ультрачувствительный подход позволил обнаружение произведенных клеткой колебаний частоты на уровне меньше чем одной части в 10 миллиардах. Эксперименты показали, что сумма шума частоты коррелировалась с плотностью живущих бактериальных клеток.
Когда бактерии были тогда подвергнуты воздействию антибиотиков, шум частоты, резко уменьшенный. Бактерии с парализованными кнутами использовались в экспериментах, чтобы устранить эффекты плавающего движения. Это позволило исследователям прийти к заключению, что обнаруженные произведенные клеткой колебания частоты являются результатом колебаний клеточных стенок.
Исследователи NIST ощутили ответ кишечной палочки (E. coli) к двум антибиотикам, полимиксину B (PMB) и ампициллину. Произведенный клеткой шум частоты понизился близко к нолю в течение 7 минут после введения PMB. Шум частоты начал уменьшаться в течение 15 минут после добавляющего ампициллина и затем понизился более быстро, поскольку клетки разбились и умерли.
Эти временные рамки отражают нормальные скорости, на которых работают эти антибиотики.После измерений датчика эффективность антибиотиков была подтверждена ростом колоний от остающихся бактерий.
Оба антибиотика значительно сократили количество живых клеток.