一 筛选体系整体设计思路

依托oCelloScope成像动力学平台搭建标准化高通量抗菌筛选体系,适配植物提取物、挥发精油、中药复方、抗菌多肽四类受试样品。体系融合96孔微孔板高通量排布、Z轴多层时序扫描、成像像素定量+TA等效浊度双指标采集,同步实现初级活性筛选、MIC动力学测定、AUC生长抑制面积定量、菌体形态观测、PAE后效应拓展实验。

整套方案全程可在恒温培养箱内原位监测,无需反复取板;可区分样品抑菌、杀菌、诱导菌体形变、延迟生长等不同作用模式;有效解决精油易漂浮、中药提取物色素干扰、多肽易吸附、菌体沉降导致普通酶标仪定量失真等常见问题。


二 实验前期准备

1 受试样品前处理规范

植物提取物:使用对应溶剂(甲醇、乙醇、DMSO、无菌肉汤)溶解,配置100×母液,0.22 μm滤膜除菌;设置溶剂对照组,排除有机溶剂自身抑菌作用。

精油:采用吐温80无菌水溶液乳化,充分涡旋形成稳定乳浊液,避免精油直接漂浮液面;提前预实验确定乳化剂安全浓度,单独设置乳化剂空白对照。

中药复方:水煎液醇沉处理,过滤除去大分子杂质,除菌过滤;高色素复方必须设置溶剂空白,区分色素吸光干扰与真实菌体生长信号。

抗菌多肽:使用无菌PBS或MH肉汤溶解,避免强酸强碱造成多肽变性;多肽易吸附塑料孔壁,可适当降低孵育前期振荡速度或采用低吸附96孔透明平底微孔板。

所有母液分装避光低温保存,避免反复冻融。

2 菌株活化与菌悬液制备

细菌采用MH肉汤连续传代2次,37 ℃振荡培养至对数生长期;调整终接种浓度5×10⁵ CFU/mL。

真菌采用RPMI 1640培养基,孢子悬液终浓度1×10⁴ CFU/mL;28 ℃培养。

设置标准质控菌株(ATCC标准株)同步筛选,用于批次间数据比对。

3 耗材、仪器前期校准

选用透明平底96孔微孔板,低吸附板优先用于多肽筛选;透气疏水封板膜、无菌多通道移液枪准备到位;微孔板外圈填充无菌培养基作为蒸发缓冲孔,降低边缘效应。

提前24 h稳定外置恒温培养箱,oCelloScope放入箱内预热2 h;UniExplorer完成光路灰度校准,采集空白培养基BCA基线模板;扫描参数固定:Z轴覆盖孔底至液面完整深度,开启SESA静态杂质过滤、动态BCA基线校正,消除色素、药物沉淀、精油乳滴干扰。

扫描间隔:细菌筛选30 min/次,总时长16–20 h;真菌筛选60 min/次,总时长48–72 h。


三 96孔高通量微孔板排布标准化方案

1 孔板布局

外圈A1–A12、H1–H12、B1–G1、B12–G12:无菌培养基缓冲孔。

B2–G11:样品梯度处理区域。

第11列:阳性生长对照(菌液+培养基,无样品)。

第12列:空白阴性对照(无菌培养基,无菌株)。

独立对照组:溶剂对照组、乳化剂对照组(精油实验组)。

2 浓度梯度设置

初级大规模筛选:设置2–3个梯度浓度快速初筛,快速锁定活性样品。

复筛确认实验:采用2倍倍比稀释,设置8个浓度梯度,每梯度不少于4个生物学复孔。

每孔最终体系体积统一100 μL;先加培养基,再加样品母液,最后加入标准化菌悬液,轻柔吹打混匀。

3 封板预处理

全部加样完成后,微孔板300 g低速离心1 min,去除微小气泡;精油实验组重点消除液面气泡与漂浮油滴干扰;密封透气封板膜,膜面无褶皱。微孔板在同温操作台静置30 min平衡温度,减少冷凝水生成。


四 oCelloScope高通量时序扫描标准上机流程

1 将微孔板平稳放置设备板架,卡扣完全锁紧,防止扫描偏移。

2 UniExplorer新建时序扫描任务,导入预设BCA基线模板、Z轴扫描参数。

3 填写实验信息:样品名称、浓度梯度、菌株、培养温度、总监测时长。

4 启动全自动无人值守时序扫描,全程不取出微孔板,维持稳定恒温环境。

5 系统同步记录两项核心定量数据:全深度菌体像素总面积、等效TA浊度;实时保存所有时间点Z轴图像堆栈。


五 多层次数据分级评价体系(初筛→复筛→机理表征)

1 初级高通量筛选指标(快速淘汰无活性样品)

对比阳性对照组生长曲线,定性判断样品是否具备抑制作用;筛选出能明显压低生长曲线的活性样品进入复筛。

筛选指标:延滞期延长程度、最大菌体面积下降幅度。


2 复筛定量指标(活性量化)

指标一:终点动力学MIC,判定可抑制微生物持续增殖的最低样品浓度;区别于传统终点目视法,基于完整时序曲线动态判定。

指标二:AUC生长抑制面积/抑制率,连续量化全程抑菌强度,适合比较不同提取物、多肽的药效强弱,适合高分SCI数据分析。

指标三:比生长速率、延滞期时长,分析样品是延缓生长还是完全抑制增殖。


3 深度机理表征指标(活性样品进一步研究)

调取时序原位图像,观察菌体是否出现丝状化、裂解、团聚、菌丝分枝减少等形态变化。

活性样品可拓展开展不开盖原位PAE抗生素/多肽后效应实验、不同pH/温度条件稳定性筛选。


4 通用质控标准

阴性空白基线平稳无明显上升;阳性对照出现标准S型生长曲线;溶剂对照组与阳性对照无显著差异,证明溶剂无抑菌活性;复孔变异系数控制在15%以内,超过阈值排查气泡、沉淀、样品不均一问题。


六 数据导出、图表与SCI方法学描述

1 数据导出流程

扫描结束后备份完整工程文件;导出UTF-8编码CSV文件,包含像素总面积、TA数值、时间戳;批量导出关键时间点堆叠图像,生成延时视频。

2 推荐图表组合

图1:不同浓度样品菌体像素时序动力学曲线;

图2:各样品AUC生长抑制率柱状统计图;

图3:活性梯度浓度与抑制率拟合曲线,计算AUC₅₀;

图4:代表性时间点原位成像对比,展示菌体/菌丝形态差异。

3 论文方法学标准模板

采用BioSense oCelloScope成像动力学平台构建天然产物高通量抗菌筛选体系;受试植物提取物、精油、中药复方、抗菌多肽进行无菌前处理,96孔板设置浓度梯度、溶剂对照、阳性及阴性对照;依托FluidScope Z轴多层扫描采集微孔全深度时序图像,SESA图像分割算法计算菌体像素总面积,结合等效TA浊度进行双指标定量;动态BCA基线校正消除色素、沉淀、乳滴干扰;通过动态MIC、AUC生长抑制面积综合评价样品抗菌活性,同步获取微生物原位形态时序图像。


七 四类样品专属优化方案

1 植物提取物

重点设置溶剂对照;提取物易析出结晶,依靠SESA静态像素过滤区分结晶与菌体,避免假阳性。

2 挥发精油

必须添加乳化剂,增设乳化剂空白;精油易漂浮液面,Z轴扫描覆盖表层区域,捕捉表层菌体;避免长时间强光照射造成精油氧化。

3 中药复方

高色素样品不依赖单一浊度读数,优先使用成像像素面积作为主要定量指标,规避色素吸光干扰;长时间监测注意药液析出杂质导致基线漂移。

4 抗菌多肽

选用低吸附微孔板;多肽易吸附孔壁造成有效浓度下降,可设置吸附平行对照;关注成像中菌体裂解、球状菌体破损等形态特征。


八 常见故障与优化措施

精油乳化不均产生大量油滴,干扰图像分割,优化乳化涡旋时间与吐温80比例;

中药复方长时间培养析出沉淀,依靠动态基线校正与图像人工复核;

多肽吸附造成活性偏低,更换低吸附微孔板,缩短预孵育时间;

长周期监测冷凝水滴落,提高培养箱湿度控制,封板膜平整密封。