新工具結合光學、晶元、軟體技術，有效抗擊細菌！
背景
抗菌藥物，可以殺滅細菌，治療細菌感染。然而與此同時，細菌也會產生對於抗菌藥物的抵抗作用，保護自身不受到威脅，這種抵抗作用被稱為「細菌耐藥性」。
細菌耐藥性，對於全球公共衛生安全構成了嚴峻威脅。近年來，細菌對抗生素的耐藥性成為了一個頗受關注的話題。普通的藥方已經逐漸變得起不到作用，這也給醫療機構敲響了警鐘。
創新
因此，科研人員迫切地需要更高效的方案，來測試相關的替換方法。近日，日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）的研究團隊找到了一種方法。
從左往右：Kang-Yu Chu 先生、Riccardo Funari 博士、Nikhil Bhalla 博士將他們的不同技能結合到一起處理生物膜。（圖片來源：OIST）
在發表於《ACS Sensors》的一篇論文中，科學家們研究了一種微生物結構，也稱為「生物膜」（biofilms）：細菌細胞結合在一起形成一種黏滑的基質。
生物膜不僅對細菌有利，甚至可以抵抗常用的抗生素。因為生物膜具有這樣的特性，所以它們會污染環境與工業，併產生有害影響，例如污染食物生產、堵塞污水處理管道等。一旦生物膜侵入醫療設備，甚至會引發致命性的後果。
搞清楚生物膜如何形成，是找到方法擊敗它們的關鍵。這項研究使得生物技術、納米工程、軟體編程等不同領域的 OIST 科學家們聯合起來解決這一問題。
技術
團隊專門研究了生物膜組裝動力學：讓細菌產生互聯的基質結構的生物化學反應。搜集這些反應的相關信息，有利於搞清楚採用什麼藥物與化學物質來阻擋它們。
團隊希望按照搞清楚生物膜所需的特定頻率，來監測生物膜成長。但是，目前尚無工具能幫助他們。所以，他們將現有的工具修改成了他們自己的設計。OIST 微/生物/納米流體部門的博士 Nikhil Bhalla，在教授 Amy Shen 的帶領下，找到了一種納米級的方法。他表示：「我們創造出微型晶元，它的微結構能讓大腸桿菌生長。它們被蘑菇形狀的納米結構覆蓋，蘑菇結構的莖部分是二氧化硅，頂部帽子部分是金。」
納米蘑菇形狀的晶元用於生長測試用的菌落（圖片來源：OIST）
現在，團隊所要的事就是找到一些細菌來研究。團隊向 OIST 結構細胞生物學部門求助，在Bill S?derstr?m 博士的幫助下，得到了位於蘑菇形晶元表面的大腸桿菌菌種進行研究。
當這些蘑菇受到靶向光束照射時，它們通過局域表面等離子體共振（LSPR）吸收光線。通過測量進出晶元的光波長的差異，科學家們能在不干擾測試對象和影響測試結果的情況下，觀察細菌生長。
（ 圖片來源: 參考資料【2】）
團隊的常駐生物學家 Riccardo Funari 博士表示：「這是我們首次採用這種感知技術研究細菌。但是，我們發現的問題是我們無法實時監測它。」
然而通過 LSPR 設置，持續獲取數據流變得可能，但是需要一組全新的軟體才能使之有效工作。值得慶幸的是，技術員 Kang-yu Chu 通過他的編程技能解決了這一問題。
納米蘑菇形狀的晶元通過LPSR設備進行測試（圖片來源：OIST）
Kang-yu 表示：「我們製作了自動化測量程序，能基於現有軟體進行實時分析，這使得我們點擊一下就可以處理數據。它極大地減少了手動工作，讓我們可以糾正實驗中發生的任何問題。」
價值
現在，三項技術結合製成了這種台式工具，它幾乎可用於任何一個實驗室。研究人員也計劃將這個工具進行小型化，做成攜帶型設備，用於一系列的生物感知應用。
Funari 表示：「下一步將是臨床相關的微生物研究。我們對於這些應用感到興奮。它將成為未來測試許多不同種細菌藥物的偉大工具。」至少現在，人類在與細菌鬥爭中處於領先地位。
關鍵字
細菌、醫療、晶元、光學、編程
參考資料
【1】https://www.oist.jp/news-center/news/2018/8/15/chips-light-and-coding-moves-front-line-beating-bacteria
【2】http://dx.doi.org/10.1021/acssensors.8b00287
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