近日，一项发表于 Analytical Chemistry 的研究Culture-Free Microfluidics for Ultra-Rapid Antimicrobial Susceptibility Testing with AI in Resource-Limited Settings提出了一基于自修复阀（shv）的离心微流控芯片系统（µCFC-shv）。它将药敏试验的时间从“天”缩短到了“分钟”级别。
传统药敏检测的瓶颈在于细菌浓度。临床样本（如尿液、血液）中的细菌通常须经过培养，使细菌达到一定的代谢强度，才能被生化检测手段捕获。
研究团队借鉴了皮肤的自修复特性，利用预拉伸的硅橡胶薄膜设计微阀门。
阀门由拉伸至原始尺寸150%的硅橡胶薄膜制成，并用细针在特定位置穿刺出微孔 。
由于硅橡胶的弹性恢复力，在没有足够外力（离心力）的情况下，微孔会因材料的收缩而紧密闭合，实现液体的密封 。通过改变离心转速（RPM），阀门可以在“完全开启”和“完全密封”之间切换。
当转速达到高阈值（如3500 rpm）时，产生的离心压力克服微孔的闭合力，阀门“开启”，液体通过。
当转速降低或停止时，材料的自修复特性使微孔重新密封，阀门回到“关闭”状态 。这种设计允许阀门在多次实验中重复开启和密封。
该芯片通过精妙的微流道设计，实现了“无需培养”，直接检测。
传统药敏试验需要培养来增加细菌数量，而该系统通过物理富集跳过了这一步。在低转速（1500 rpm，10分钟）下，细菌由于密度大于液体，会沉降到芯片末端的富集腔中。
随后提高转速（3500 rpm，5分钟），此时自修复阀（shv）开启，将多余的废液排入废液腔，而细菌则留在微小的富集腔内。
该过程可将原始样本（如尿液）中的细菌浓度提高1000倍，从而将原本需要18-24小时才能达到的检测阈值缩短至几分钟内。
AI辅助结果识别实现超快速药敏检测
该系统使用WST-8试剂。细菌在代谢过程中产生的脱氢酶能将WST-8还原为有颜色的甲肟（Formazan）。
由于细菌经过了1000倍的高比例富集，极少量的细菌代谢产物就能迅速积累到足以引起颜色变化的浓度 。
芯片设计有专门的加药腔，通过离心力将不同浓度的抗生素分布到各个检测孔中，快速形成抗生素梯度，以测定最小抑菌浓度（MIC）。
为了在光照条件差、设备简陋的环境下获得准确结果，研究引入了深度学习。该模型被训练用于识别芯片检测孔中的颜色变化。它能够自动定位检测孔（Bounding Box），并根据颜色的深浅判断细菌的存活状态。
AI算法能够过滤环境光的干扰，消除不同操作者主观判断产生的误差，确保在资源匮乏地区的准确率（准确率达98.83%）。
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