细菌检测 | 纳米技术揭秘细菌的声音  

细菌检测 | 纳米技术揭秘细菌的声音
 


你有没有想过细菌是否会发出独特的声音？如果我们能倾听细菌的声音，我们就能够知道它们是否还活着。当细菌被抗生素杀死时，这些声音会停止，当然，除非细菌对抗生素有抗药性。这正是由Farbod Alijani博士领导的来自代尔夫特理工大学（TU Delft）的一组研究人员现在设法做到的：他们使用石墨烯捕获了单个细菌的低水平噪声。现在，他们的研究发表在《自然纳米技术》杂志上。


 

单个细菌的声音


Farbod Alijani团队最初正在研究石墨烯物理力学的基本原理，当时他们遇到了一个奇怪的想法。他们想知道，如果这种极其敏感的材料与单个生物物体接触会发生什么。“石墨烯是一种由单层原子组成的碳形式，也被称为神奇材料，”Alijani说。“它非常坚固，具有良好的电气和机械性能，并且对外力也非常敏感。



此动画展示了石墨烯鼓如何揭示细菌的声音。当细菌被抗生素杀死时，声音停止。



Farbod Alijani的研究小组与Cees Dekker的纳米生物学小组和Peter Steeneken的纳米力学小组进行了合作。科学家们与博士生Irek Roslon和博士后Aleksandre Japaridze一起，使用大肠杆菌进行了他们的第一次实验。Cees Dekker：“我们看到的是惊人的！当单个细菌粘附在石墨烯鼓的表面时，它会产生随机振荡，其振幅低至我们可以检测到的几纳米。我们可以听到一个细菌的声音！”



用细菌冲孔石墨烯鼓


极小的振荡是细菌生物过程的结果，其主要贡献来自它们的鞭毛（细胞表面上推动细菌的尾巴）。“为了理解石墨烯上的这些鞭毛节拍有多小，值得一提的是，它们至少比拳击手打到沙袋时的力度小100亿分之一。然而，这些纳米级的节拍可以转换为音轨并被聆听。“Alijani说。


 
艺术家对石墨烯鼓检测单个细菌纳米运动的印象。图片来源：Irek Roslon，代尔夫特理工大学

用于快速检测抗生素耐药性的石墨烯


这项研究对检测抗生素耐药性具有巨大的意义。实验结果是明确的：如果细菌对抗生素有抗药性，振荡就会继续在同一水平上。当细菌对药物敏感时，振动会减少，直到一两个小时后，但它们就完全消失了。由于石墨烯鼓的高灵敏度，只需使用单个电池即可检测到这种现象。

Farbod Alijani：“对于未来，我们的目标是优化我们的单细胞石墨烯抗生素敏感性平台，并根据各种致病性样品对其进行验证。因此，它最终可以用作有效的诊断工具包，用于在临床实践中快速检测抗生素耐药性。”Peter Steeneken总结道：“这将是对抗抗生素耐药性的宝贵工具，抗生素耐药性对全世界人类健康的威胁越来越大。”

Reference: “Probing nanomotion of single bacteria with graphene drums” by I.E. Roslon, A. Japaridze, P.G. Steeneken, C. Dekker and F. Alijani, 18 April 2022, Nature Nanotechnology.
DOI: 10.1038/s41565-022-01111-6

信息源于：scitechdaily