用于大规模无透镜微生物高时空分辨率监测的叠层成像传感器

传统微生物检测方法通常依赖于微生物培养物的整体性质，无法在高时空分辨率下分辨单个生长事件。因此，它们需要细菌生长至汇合后再解读结果。在此，我们展示了一种集成叠层成像传感器在大规模、高时空分辨率下对微生物培养物进行无透镜细胞分析的应用。所报道的装置可放置于常规培养箱内或用作独立培养单元以进行长期微生物监测。对于在连续时间点获取海量数据的纵向研究，我们报道了一种新的时间相似性约束，将叠层成像重建的时间分辨率提高了 7 倍。借助该策略，所报道的装置实现了厘米级视场、488 nm 的半间距空间分辨率和 15 秒间隔的时间分辨率。我们首次通过追踪恢复图像的相位包裹，以 15 秒间隔直接观察细菌生长，并具有如同干涉测量般的高相位灵敏度。我们还通过纵向干质量测量表征细胞生长，并在低浓度下实现快速细菌检测。在药物筛选应用中，我们展示了概念验证的抗生素药敏试验，并进行了抗生素诱导丝状化的单细胞分析。高相位灵敏度、高时空分辨率与大视场的结合在现有显微技术中是独特的。作为一个定量且微型化的平台，它可改进资源有限环境下对微生物及其他生物样本的研究。