Stanfordski raziskovalci razvijajo nov način za prepoznavanje bakterij v tekočinah: inovativna prilagoditev tehnologije v starem brizgalnem tiskalniku in slikanje s pomočjo umetne inteligence vodi do hitrejšega in cenejšega načina za odkrivanje bakterij v krvi, odpadni vodi in še več

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Domov > Pritisnite > Stanfordski raziskovalci razvijajo nov način za prepoznavanje bakterij v tekočinah: inovativna prilagoditev tehnologije v starem brizgalnem tiskalniku in slikanje s pomočjo umetne inteligence vodi do hitrejšega in cenejšega načina odkrivanja bakterij v krvi, odpadni vodi in še več

Podrobnosti natisnjenih pik na pozlačenem stekelcu (a), kjer napačno barvanje v bližnjem posnetku ene same pike prikazuje rdeče krvne celice rdeče in bakterije Staphylococcus epidermidis modro. Raziskovalci so tudi natisnili na z agarjem prevlečeno stekelce (b), da bi pokazali, kako se pike obnesejo med inkubacijo. KREDIT
Fareeha Safir

Povzetek:
Z laserjem osvetlite kapljico krvi, sluzi ali odpadne vode in svetlobo, ki se odbija nazaj, lahko uporabite za pozitivno identifikacijo bakterij v vzorcu.

Stanfordski raziskovalci razvijajo nov način za prepoznavanje bakterij v tekočinah: inovativna prilagoditev tehnologije v starem brizgalnem tiskalniku in slikanje s pomočjo umetne inteligence vodi do hitrejšega in cenejšega načina odkrivanja bakterij v krvi, odpadni vodi in še več

Stanford, CA | Objavljeno 3. marca 2023

»Ugotovimo lahko ne samo, da so bakterije prisotne, ampak natančno, katere bakterije so v vzorcu – E. coli, Staphylococcus, Streptococcus, Salmonella, antraks in več,« je povedala Jennifer Dionne, izredna profesorica znanosti o materialih in inženiringa ter , z vljudnostjo, radiologije na univerzi Stanford. »Vsak mikrob ima svoj edinstven optični prstni odtis. Je kot genetska in proteomska koda, načečkana v svetlobi.«

Dionne je višja avtorica nove študije v reviji Nano Letters, ki podrobno opisuje inovativno metodo, ki jo je razvila njena ekipa in ki bi lahko vodila do hitrejših (skoraj takojšnjih), poceni in natančnejših mikrobnih testov skoraj katere koli tekočine, ki bi jo morda želeli testirati na mikrobe.

Tradicionalne metode gojenja, ki se še danes uporabljajo, lahko trajajo ure, če ne celo dneve. Kultura tuberkuloze traja 40 dni, je dejal Dionne. Novi test je mogoče opraviti v nekaj minutah in obljublja boljše in hitrejše diagnosticiranje okužbe, izboljšano uporabo antibiotikov, varnejšo hrano, izboljšano spremljanje okolja in hitrejši razvoj zdravil, pravi skupina.

Stari psi, novi triki
Preboj ni v tem, da bakterije prikazujejo te spektralne prstne odtise, kar je dejstvo, ki je znano že desetletja, ampak v tem, kako je ekipa uspela razkriti te spektre sredi osupljivega niza svetlobe, ki se odbija od vsakega vzorca.

"Ne samo, da vsaka vrsta bakterije kaže edinstvene vzorce svetlobe, ampak tudi skoraj vsaka druga molekula ali celica v danem vzorcu," je povedala prva avtorica Fareeha Safir, doktorska študentka v Dionnejevem laboratoriju. "Rdeče krvne celice, bele krvne celice in druge komponente v vzorcu pošiljajo nazaj lastne signale, zaradi česar je težko, če ne nemogoče, razlikovati mikrobne vzorce od hrupa drugih celic."

En mililiter krvi – približno velikosti dežne kaplje – lahko vsebuje milijarde celic, od katerih je le nekaj mikrobov. Ekipa je morala najti način za ločevanje in ojačanje svetlobe, ki se odbija od samih bakterij. Da bi to naredili, so se podali po več presenetljivih znanstvenih tangentah, pri čemer so združili štiri desetletja staro tehnologijo, izposojeno iz računalništva – brizgalni tiskalnik – in dve najsodobnejši tehnologiji našega časa – nanodelce in umetno inteligenco.

"Ključ do ločevanja bakterijskih spektrov od drugih signalov je izolacija celic v izjemno majhnih vzorcih. Uporabljamo načela brizgalnega tiskanja za tiskanje na tisoče drobnih pikic krvi, namesto da bi zasliševali en sam velik vzorec,« je pojasnil soavtor Butrus »Pierre« Khuri-Yakub, zaslužni profesor elektrotehnike na Stanfordu, ki je pomagal razviti izvirni brizgalni tiskalnik. tiskar v osemdesetih letih.

»Ampak ne morete kar dobiti standardnega brizgalnega tiskalnika in dodati krvi ali odpadne vode,« je poudaril Safir. Da bi se izognili izzivom pri ravnanju z biološkimi vzorci, so raziskovalci spremenili tiskalnik tako, da je vzorce na papir nanesla z akustičnimi impulzi. Vsaka pikica natisnjene krvi ima torej samo dve bilijoninki litra prostornine – več kot milijardokrat manjša od dežne kaplje. V tem obsegu so kapljice tako majhne, da lahko vsebujejo le nekaj deset celic.

Poleg tega so raziskovalci v vzorce vnesli zlate nanopalice, ki se pritrdijo na bakterije, če so prisotne, in delujejo kot antene, pritegnejo lasersko svetlobo proti bakterijam in ojačajo signal za približno 1500-krat večjo moč od neokrepljene moči. Ustrezno izolirani in ojačani bakterijski spektri štrlijo kot znanstvene boleče palice.

Zadnji del uganke je uporaba strojnega učenja za primerjavo več spektrov, ki se odbijajo od vsake natisnjene pike tekočine, da bi opazili kontrolne znake katere koli bakterije v vzorcu.

»To je inovativna rešitev s potencialom reševalnega učinka. Zdaj smo navdušeni nad priložnostmi za komercializacijo, ki lahko pomagajo na novo definirati standard odkrivanja bakterij in karakterizacije ene celice,« je povedal višji soavtor Amr Saleh, nekdanji podoktorski znanstvenik v Dionnejevem laboratoriju in zdaj profesor na univerzi v Kairu.

Katalizator za sodelovanje
Ta vrsta meddisciplinarnega sodelovanja je značilnost tradicije Stanforda, v kateri strokovnjaki z navidezno različnih področij prinašajo svoje različno strokovno znanje in izkušnje za reševanje dolgotrajnih izzivov z družbenim učinkom.

Ta poseben pristop se je porodil med sestankom za kosilo v kavarni v kampusu in leta 2017 je bil med prvimi prejemniki niza nepovratnih sredstev v višini 3 milijonov dolarjev, ki jih je razdelil Stanfordov Catalyst for Collaborative Solutions. Dotacije Catalyst so posebej namenjene spodbujanju interdisciplinarnega prevzemanja tveganj in sodelovanja med raziskovalci na Stanfordu na visoko nagrajenih področjih, kot so zdravstvo, okolje, avtonomija in varnost.

Medtem ko je bila ta tehnika ustvarjena in izpopolnjena z uporabo vzorcev krvi, je Dionne prav tako prepričana, da jo je mogoče uporabiti tudi za druge vrste tekočin in ciljne celice poleg bakterij, kot je testiranje čistosti pitne vode ali morda hitrejše, natančnejše in nižje odkrivanje virusov. cenejši od sedanjih metod.

Dodatni soavtorji Stanforda so nekdanji doktorski študent Loza Tadesse; raziskovalno osebje Kamyar Firouzi; Niaz Banaei, profesor patologije in medicine na Medicinski fakulteti; in Stefanie Jeffrey, profesorica John and Marva Warnock, Emerita, na Medicinski fakulteti. Nhat Vu iz podjetja Pumpkinseed Technologies je tudi soavtor. Banaei, Dionne, Jeffrey in Khuri-Yakub so tudi člani Stanford Bio-X. Dionne je tudi višja sodelavka podrektorica raziskovalnih platform/skupnih objektov, članica kardiovaskularnega inštituta in inštituta za nevroznanosti Wu Tsai ter podružnica Precourt Institute for Energy. Jeffrey je tudi član Stanfordskega inštituta za raka. Khuri-Yakub je tudi član kardiovaskularnega inštituta, stanfordskega inštituta za raka in inštituta za nevroznanosti Wu Tsai.

To raziskavo so financirali Stanford Catalyst for Collaborative Solutions, Chan Zuckerberg Biohub Investigator Program, NIH-NCATS-CTSA, Gates Foundation, National Science Foundation, NIH New Innovator Award in iz začetnih skladov Stanfordskega centra za Inovacije v globalnem zdravju. Del tega dela je bil opravljen v Stanford Nano Shared Facilities (SNSF) in Soft & Hybrid Materials Facility (SMF), ki ju podpirata National Science Foundation in National Nanotechnology Coordinated Infrastructure.

####

Za več informacij kliknite tukaj

Kontakt:
Jill Wu
Inženirska šola Univerze Stanford

Avtorske pravice © Inženirska šola Univerze Stanford

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek: