يطور باحثو ستانفورد طريقة جديدة لتحديد البكتيريا في السوائل: التكيف المبتكر للتكنولوجيا في طابعة نفث الحبر القديمة بالإضافة إلى التصوير المدعوم بالذكاء الاصطناعي يؤدي إلى طريقة أسرع وأرخص لاكتشاف البكتيريا في الدم ومياه الصرف الصحي والمزيد

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > يطور باحثو ستانفورد طريقة جديدة لتحديد البكتيريا في السوائل: يؤدي التكيف المبتكر للتقنية في طابعة نفث الحبر القديمة بالإضافة إلى التصوير بمساعدة الذكاء الاصطناعي إلى طريقة أسرع وأرخص لاكتشاف البكتيريا في الدم ومياه الصرف الصحي وغير ذلك الكثير

تفاصيل النقاط المطبوعة على شريحة مطلية بالذهب (أ) حيث يُظهر التلوين الخاطئ في لقطة مقربة لنقطة واحدة نداءات دم حمراء باللون الأحمر وبكتيريا Staphylococcus epidermidis باللون الأزرق. قام الباحثون أيضًا بالطباعة على شريحة مغلفة بالأجار (ب) لإظهار كيفية عمل النقاط تحت الحضانة. ائتمان
فريحة سفير

المستخلص:
قم بتسليط الليزر على قطرة دم أو مخاط أو مياه صرف ، ويمكن استخدام الضوء المنعكس للخلف لتحديد البكتيريا في العينة بشكل إيجابي.

يطور باحثو ستانفورد طريقة جديدة لتحديد البكتيريا في السوائل: يؤدي التكيف المبتكر للتقنية في طابعة نفث الحبر القديمة بالإضافة إلى التصوير بمساعدة الذكاء الاصطناعي إلى طريقة أسرع وأرخص لتحديد البكتيريا في الدم ومياه الصرف الصحي وغير ذلك الكثير

ستانفورد ، كاليفورنيا | نُشر في 3 مارس 2023

قالت جينيفر ديون ، الأستاذة المشاركة في علوم المواد والهندسة و ، بإذن من قسم الأشعة في جامعة ستانفورد. كل ميكروب له بصمة بصرية فريدة خاصة به. إنه مثل الشفرة الجينية والبروتينية المكتوبة في الضوء ".

ديون هي مؤلفة رئيسية لدراسة جديدة في مجلة Nano Letters توضح بالتفصيل طريقة مبتكرة طورها فريقها والتي يمكن أن تؤدي إلى فحوصات ميكروبية أسرع (فورية تقريبًا) وغير مكلفة وأكثر دقة لأي سائل قد يرغب المرء في اختباره بحثًا عن الميكروبات.

قد تستغرق طرق الزراعة التقليدية التي لا تزال مستخدمة اليوم ساعات إن لم تكن أيامًا حتى تكتمل. قالت ديون إن ثقافة السل تستغرق 40 يومًا. يمكن إجراء الاختبار الجديد في دقائق ، وهو يبشر بتشخيص أفضل وأسرع للعدوى ، وتحسين استخدام المضادات الحيوية ، والأطعمة الأكثر أمانًا ، وتعزيز المراقبة البيئية ، وتطوير الأدوية بشكل أسرع ، كما يقول الفريق.

كلاب قديمة ، حيل جديدة
لا يتمثل الاختراق في أن البكتيريا تعرض بصمات الأصابع الطيفية ، وهي حقيقة معروفة منذ عقود ، ولكن في كيفية تمكن الفريق من الكشف عن تلك الأطياف وسط مجموعة من الضوء المنعكس من كل عينة.

قالت المؤلفة الأولى فريحة سفير ، طالبة دكتوراه في مختبر ديون: "لا يُظهر كل نوع من البكتيريا أنماطًا فريدة من الضوء فحسب ، بل إن كل جزيء أو خلية أخرى في عينة معينة تفعل ذلك أيضًا". "خلايا الدم الحمراء وخلايا الدم البيضاء والمكونات الأخرى في العينة ترسل إشاراتها الخاصة ، مما يجعل من الصعب إن لم يكن من المستحيل تمييز الأنماط الميكروبية عن ضوضاء الخلايا الأخرى."

يمكن أن يحتوي مليلتر من الدم - بحجم قطرة المطر - على مليارات الخلايا ، القليل منها فقط قد يكون ميكروبات. كان على الفريق إيجاد طريقة لفصل وتضخيم الضوء المنعكس عن البكتيريا وحدها. للقيام بذلك ، غامروا في العديد من الظلال العلمية المدهشة ، والجمع بين تقنية عمرها أربعة عقود مستعارة من الحوسبة - الطابعة النافثة للحبر - واثنين من أحدث التقنيات في عصرنا - الجسيمات النانوية والذكاء الاصطناعي.

"المفتاح لفصل الأطياف البكتيرية عن الإشارات الأخرى هو عزل الخلايا في عينات صغيرة للغاية. نحن نستخدم مبادئ الطباعة النافثة للحبر لطباعة آلاف النقاط الصغيرة من الدم بدلاً من استجواب عينة واحدة كبيرة "، كما أوضح المؤلف المشارك Butrus" Pierre "Khuri-Yakub ، الأستاذ الفخري للهندسة الكهربائية في جامعة ستانفورد والذي ساعد في تطوير Inkjet الأصلي. طابعة في الثمانينيات.

أكد سفير "لكن لا يمكنك فقط الحصول على طابعة نافثة للحبر جاهزة وإضافة الدم أو مياه الصرف الصحي". للتغلب على التحديات في التعامل مع العينات البيولوجية ، قام الباحثون بتعديل الطابعة لوضع عينات على الورق باستخدام النبضات الصوتية. يبلغ حجم كل نقطة من الدم المطبوع XNUMX تريليون من اللتر في الحجم - أكثر من مليار مرة أصغر من قطرة المطر. في هذا النطاق ، تكون القطرات صغيرة جدًا لدرجة أنها قد تحتوي على بضع عشرات من الخلايا.

بالإضافة إلى ذلك ، غرس الباحثون العينات بأقراص نانوية ذهبية تربط نفسها بالبكتيريا ، إن وجدت ، وتعمل مثل الهوائيات ، فتوجه ضوء الليزر نحو البكتيريا وتضخم الإشارة بنحو 1500 ضعف قوتها غير المعززة. معزولة ومضخمة بشكل مناسب ، تبرز الأطياف البكتيرية مثل الإبهام المؤلم العلمي.

الجزء الأخير من اللغز هو استخدام التعلم الآلي لمقارنة الأطياف المتعددة المنعكسة من كل نقطة مطبوعة من السائل لاكتشاف الإشارات الدالة على أي بكتيريا في العينة.

"إنه حل مبتكر له تأثير منقذ للحياة. قال المؤلف المشارك الكبير عمرو صالح ، وهو باحث سابق لما بعد الدكتوراه في مختبر ديون ويعمل الآن أستاذًا في جامعة القاهرة ، "نحن الآن متحمسون لفرص التسويق التي يمكن أن تساعد في إعادة تعريف معيار الكشف عن البكتيريا وتوصيف الخلية الواحدة".

محفز للتعاون
هذا النوع من التعاون متعدد التخصصات هو السمة المميزة لتقليد ستانفورد حيث يجلب الخبراء من المجالات التي تبدو متباينة خبراتهم المتنوعة لتحملها لحل التحديات طويلة الأمد ذات التأثير المجتمعي.

تم وضع هذا النهج الخاص خلال اجتماع وقت الغداء في مقهى في الحرم الجامعي ، وفي عام 2017 ، كان من بين أول المتلقين لسلسلة من المنح بقيمة 3 ملايين دولار التي وزعتها ستانفورد كاتاليست للحلول التعاونية. تستهدف منح Catalyst على وجه التحديد إلهام المخاطرة متعددة التخصصات والتعاون بين باحثي جامعة ستانفورد في المجالات ذات المكافآت العالية مثل الرعاية الصحية والبيئة والاستقلالية والأمن.

بينما تم إنشاء هذه التقنية وإتقانها باستخدام عينات من الدم ، فإن ديون واثقة بنفس القدر من إمكانية تطبيقها على أنواع أخرى من السوائل والخلايا المستهدفة بخلاف البكتيريا ، مثل اختبار مياه الشرب من أجل النقاء أو ربما اكتشاف الفيروسات بشكل أسرع وأكثر دقة وأقل. تكلفة من الأساليب الحالية.

ومن بين المؤلفين المشاركين الآخرين في جامعة ستانفورد ، طالبة الدكتوراه السابقة لوزا تاديسي. فريق البحث كاميار فيروز. نياز بانائي ، أستاذ علم الأمراض والطب في كلية الطب ؛ وستيفاني جيفري ، أستاذ جون ومارفا وارنوك ، Emerita ، في كلية الطب. نهات فو من Pumpkinseed Technologies هو أيضًا مؤلف مشارك. Banaei و Dionne و Jeffrey و Khuri-Yakub هم أيضًا أعضاء في Stanford Bio-X. ديون هو أيضًا نائب رئيس مساعد أول لمنصات البحث / المرافق المشتركة ، وعضو في معهد القلب والأوعية الدموية ومعهد وو تساي للعلوم العصبية ، وإحدى الشركات التابعة لمعهد بريكورت للطاقة. جيفري هو أيضًا عضو في معهد ستانفورد للسرطان. خوري يعقوب عضو أيضًا في معهد القلب والأوعية الدموية ، ومعهد ستانفورد للسرطان ، ومعهد وو تساي للعلوم العصبية.

تم تمويل هذا البحث من قبل Stanford Catalyst for Collaborative Solutions ، وبرنامج Chan Zuckerberg Biohub Investigator ، و NIH-NCATS-CTSA ، ومؤسسة Gates ، والمؤسسة الوطنية للعلوم ، وجائزة NIH New Innovator ، ومن الأموال الأولية من مركز ستانفورد لـ الابتكار في الصحة العالمية. تم تنفيذ جزء من هذا العمل في مرافق ستانفورد نانو المشتركة (SNSF) ومرفق المواد اللينة والهجينة (SMF) ، والتي تدعمها مؤسسة العلوم الوطنية والبنية التحتية الوطنية المنسقة لتقنية النانو.

####

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
جيل وو
كلية الهندسة جامعة ستانفورد

حقوق النشر © كلية الهندسة بجامعة ستانفورد

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: