In the last decades, antimicrobial resistance of pathogenic bacteria has emerged. For this reason, efficient and accurate antibiotic susceptibility test (AST) is indispensable for measuring the antimicrobial resistance of pathogenic bacteria. A minimal inhibitory concentration (MIC) can be obtained without performing repeated dilutions of the antibiotic by forming a linear antibiotic concentration gradient in a microfluidic channel. We demonstrated a device designed to use travelling surface acoustic waves (TSAWs) to enable a rapid formation of an antibiotic gradient in a few seconds. The TSAWs produced by a focused interdigital transducer deposited on the surface of a piezoelectric (LiNbO3) substrate generated an acoustic streaming flow inside a microfluidic channel, which mixed confluent streams of antibiotics in a controlled fashion. The growth of bacteria exposed to the antibiotic gradient was determined by measuring the MIC, which was used as an indicator of the effectiveness of the AST. The concentration gradient produced using our device was linear, a feature that enhanced the reliability of measurements throughout the microchannel. Two ASTs, namely Pseudomonas aeruginosa against gentamicin and levofloxacin, were chosen for the case of slowly proliferating bacteria; and one AST, namely Escherichia coli against gentamicin, was chosen for the rapidly proliferating case. Appropriate antibiotic doses for Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli were each obtained in an efficient manner.
지난 수십 년 동안 병원성 박테리아의 항생제 내성이 나타나고 있다. 이러한 이유로 병원균의 항생제에 대한 저항성을 측정하기 위해서는 효율적이고 정확한 항생제 감수성 검사 (AST)가 필수적이다. 미세 유체 채널에 선형 항생제 농도 구배를 형성함으로써 항생제를 반복적으로 희석하지 않고도 최소 억제 농도 (MIC)를 얻을 수 있다. 우리는 진행표면탄성파 (TSAW)를 사용하여 몇 초 안에 항생제 구배를 빠르게 형성할 수 있도록 설계된 장치의 기능을 입증하였다. 압전 (LiNbO3) 기판의 표면에 증착 된 집중형 빗살무늬 전극에 의해 생성된 TSAW는 미세 유체 채널 내부에 음향흐름유동을 생성하여 항생제의 합류하는 유동을 혼합하였다. 항생제의 농도 구배에 노출된 박테리아의 성장은 AST의 효과를 나타내는 지표인 최소 억제 농도 (MIC)를 측정하여 결정하였다. 우리의 장치를 사용하여 선형의 농도 구배를 형성하였으며, 이는 마이크로 채널 전체에서 측정의 신뢰성을 향상시켰다. 천천히 증식하는 박테리아의 경우 두 가지 AST, 젠타마이신 (gentamicin)과 레보플록사신 (levofloxacin)에 대한 녹농균 (Pseudomonas aeruginosa)의 반응을 확인하였다. 빠르게 증식하는 박테리아의 경우에의 경우를 확인하기 위해, 젠타마이신에 대한 대장균 (Escherichia coli)의 반응을 확인하였다. 녹농균과 대장균에 대한 적절한 항생제 용량을 각각 효율적으로 얻을 수 있었다.
