一張試紙、一個App，即可快速檢測耐藥菌及其抗生素敏感性。日前，南京工業大學柔性電子（未來技術）學院李林教授、吳瓊副教授指導，博士研究生姬文輝等同學負責的項目“熒光紙基智能檢測系統：包‘知’百菌”在第三屆江蘇省大學生生物醫學工程創新設計競賽中榮獲一等獎，團隊指導教師李林教授、吳瓊副教授獲優秀指導教師稱號，南京工業大學獲優秀組織獎。
在使用抗生素之前，如何經濟、快速、有效地鑒別耐藥菌及其抗生素敏感性，對合理使用抗生素、控制耐藥菌程度、縮短治療時間、提高病人生存率都起著至關重要的作用。“我們在前期的研究過程中發現隨著β-內酰胺類抗生素的濫用，細菌耐藥性變得越來越強，而這有可能會導致臨床手術中無藥可用，直接危及患者的生命。”吳瓊介紹，細菌產生耐藥性的重要原因是β-內酰胺酶的過表達，這種酶可在抗生素與細菌作用之前，水解抗生素的β-內酰胺四元環，破壞抗生素原有結構從而導致其失去藥物活性。”基于此，課題組十余年來一直聚焦“生物醫學光子學”的多學科交叉研究，致力于開發疾病“全面預防-快速診斷-精準治療”的化學-材料-光學-生物-醫學融合的系統策略。
在國家積極推進健康中國建設的大背景下，該項目研究意義重大。“目前β-內酰胺類抗生素耐藥菌常用的檢測方法主要有四種：微生物檢測法、聚合酶鏈反應（PCR）法、質譜檢測法和基于β-內酰胺酶的顯色法。這些方法存在一定的弊端，例如檢測步驟繁瑣、成本高、依賴于大型檢測設備及專業人員等等。”團隊負責人姬文輝介紹，因此，團隊研發出了基于“化學+AI”的智能檢測系統，檢測時只需將檢測原液滴加在預先固定了小分子熒光探針的試紙上，試紙感受光學信號的變化后，通過智能算法的手機APP處理手機拍照的相片，計算出熒光信號強度，快速得到β-內酰胺酶濃度。該系統操作簡便，無需專業技能和昂貴的大型儀器，只需在智能手機安裝APP即可完成檢測，檢測時間不超過20分鐘。
吳瓊介紹，如果說抗生素結構中的β-內酰胺四元環是一扇門，那么團隊設計的熒光探針就是專一開啟這扇門的指紋鑰匙。當探針遇到β-內酰胺四元環，會立刻結合并改變自身結構，釋放熒光信號。在這一設計原理的指導下，結合課題組在柔性熒光紙基器件領域的大量探索和積累。“我們結合人工智能的AI+技術，設計了一種性能優異、檢測迅速、具有全時域環境適應特性的小分子熒光探針，同時建立了云端測試數據庫，構建AI智能分析測試系統，這個系統有助于在不同復雜環境（如溫度、濕度、測試溶劑、pH與實驗室條件不同的環境中）對生物標志物進行監控，實現不穩定條件下穩定的測試，對于治療和手術的成功率有著重要的作用，具有成本低、操作簡單、檢測時間短、特異性高、全時域應用等優點，彌補了目前β-內酰胺酶傳統檢測方法中的一些弊端。”
“隨著人們生活水平的提高，獲取各類抗生素的方式越來越簡單，使得抗生素使用量急劇增加，與此同時也加速了細菌耐藥性的進化。”李林介紹，過量的使用抗生素加劇了細菌的耐藥性的傳播。這些原因都造成了由耐藥菌引發疾病的人群日趨龐大，無法治愈的幾率日益增加，“我們研究的快速適應性智能熒光紙基設備能夠解決目前野外、緊急手術等復雜環境中耐藥菌的快速簡便的問題。接下來，我們在柔性生物電子器件設計方面將持續發力，為解決更多的實際健康醫學問題提供南工方案。”
據悉，本屆競賽設有生物醫學材料組、生物醫學傳感組、醫學圖像與人工智能組和生物力學與康復工程組4個組別，全省共有21所高校171支團隊參賽。經過激勵的角逐，54支團隊進入決賽答辯，大賽共有16項作品獲評一等獎。
中華人民共和國國家發展和改革委員會 中華人民共和國工業和信息化部 中華人民共和國應急管理部 中華人民共和國生態環境部 中華人民共和國科學技術部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務部 中國石油和化學工業聯合會
江蘇省發展和改革委員會 江蘇省工業和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態環境廳 江蘇省科學技術廳 江蘇省商務廳 江蘇省應急管理廳 江蘇省市場監督管理局 江蘇省統計局
北京市化學工業協會 天津市石油和化工協會 遼寧省石油和化學工業協會 內蒙古石油和化學工業協會 重慶市石油與天然氣學會 河北省石油和化學工業協會 山西省化學工業協會 吉林省能源協會 黑龍江省石化行業協會 浙江省石油和化學工業行業協會 安徽省石油和化學工業協會 福建省石油和化學工業協會 江西省石油和化學工業協會 河南省石油和化學工業協會 湖北省石化行業協會 湖南省石油化學工業協會 廣東省石油和化學工業協會 海南省石油和化學工業行業協會 四川省化工行業協會 貴州省化學工業協會 云南省化工行業協會 陜西省經濟聯合會 甘肅省石化工業協會 青海省化工協會
電話：協會：025-8799064 學會：025-86799482
會員服務部：025-86918841
信息部：025-86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
增值電信業務經營許可證：蘇B2-20110130
備案號：蘇ICP備13033418號-1
