Các nhà nghiên cứu của Stanford phát triển một phương pháp mới để xác định vi khuẩn trong chất lỏng: Sự cải tiến công nghệ trong máy in phun cũ cộng với hình ảnh được hỗ trợ bởi AI dẫn đến một cách nhanh hơn, rẻ hơn để phát hiện vi khuẩn trong máu, nước thải, v.v.

Trang Chủ > Ấn Bản > Các nhà nghiên cứu của Stanford phát triển một phương pháp mới để xác định vi khuẩn trong chất lỏng: Sự cải tiến của công nghệ này trong một máy in phun cũ cộng với hình ảnh được hỗ trợ bởi AI dẫn đến một cách nhanh hơn, rẻ hơn để phát hiện vi khuẩn trong máu, nước thải, v.v.

Chi tiết về các chấm được in trên một phiến kính phủ vàng (a) trong đó màu sai ở cận cảnh một chấm duy nhất cho thấy máu đỏ kêu gọi màu đỏ và vi khuẩn Staphylococcus cholermidis có màu xanh lam. Các nhà nghiên cứu cũng đã in lên một phiến thạch phủ thạch (b) để cho thấy các dấu chấm hoạt động như thế nào trong quá trình ủ. TÍN DỤNG
Fareeha Safir

Tóm tắt:
Chiếu tia laser lên một giọt máu, chất nhầy hoặc nước thải và ánh sáng phản xạ lại có thể được sử dụng để xác định chính xác vi khuẩn trong mẫu.

Các nhà nghiên cứu của Stanford phát triển một cách mới để xác định vi khuẩn trong chất lỏng: Sự thích ứng đổi mới của công nghệ trong một máy in phun cũ cộng với hình ảnh được hỗ trợ bởi AI dẫn đến một cách nhanh hơn, rẻ hơn để phát hiện vi khuẩn trong máu, nước thải, v.v.

Stanford, CA | Đăng ngày 3 tháng 2023 năm XNUMX

Jennifer Dionne, phó giáo sư về khoa học và kỹ thuật vật liệu cho biết: “Chúng tôi có thể tìm ra không chỉ vi khuẩn có mặt hay không mà còn biết cụ thể vi khuẩn nào có trong mẫu – E. coli, Staphylococcus, Streptococcus, Salmonella, bệnh than, v.v. , theo phép lịch sự, của X quang tại Đại học Stanford. “Mỗi vi khuẩn có dấu vân tay quang học độc đáo của riêng mình. Nó giống như mã di truyền và proteomic được viết nguệch ngoạc trong ánh sáng.”

Dionne là tác giả chính của một nghiên cứu mới trên tạp chí Nano Letters trình bày chi tiết một phương pháp cải tiến mà nhóm của cô đã phát triển có thể dẫn đến các xét nghiệm vi khuẩn nhanh hơn (gần như ngay lập tức), không tốn kém và chính xác hơn đối với hầu như bất kỳ chất lỏng nào mà người ta có thể muốn kiểm tra vi khuẩn.

Các phương pháp nuôi cấy truyền thống vẫn được sử dụng ngày nay có thể mất hàng giờ nếu không muốn nói là vài ngày để hoàn thành. Dionne cho biết, cấy vi khuẩn lao mất 40 ngày. Nhóm nghiên cứu cho biết thử nghiệm mới có thể được thực hiện trong vài phút và hứa hẹn chẩn đoán nhiễm trùng tốt hơn và nhanh hơn, cải thiện việc sử dụng kháng sinh, thực phẩm an toàn hơn, tăng cường giám sát môi trường và phát triển thuốc nhanh hơn.

Chó cũ, mánh khóe mới
Bước đột phá không phải là vi khuẩn hiển thị các dấu vân tay quang phổ này, một thực tế đã được biết đến trong nhiều thập kỷ, mà là cách nhóm nghiên cứu có thể phát hiện ra các quang phổ đó giữa dãy ánh sáng chói lóa phản chiếu từ mỗi mẫu.

Tác giả đầu tiên Fareeha Safir, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Dionne cho biết: “Không chỉ mỗi loại vi khuẩn thể hiện các kiểu ánh sáng độc đáo mà hầu như mọi phân tử hoặc tế bào khác trong một mẫu nhất định cũng vậy. “Các tế bào hồng cầu, bạch cầu và các thành phần khác trong mẫu đang gửi lại tín hiệu của riêng chúng, khiến cho việc phân biệt các mẫu vi khuẩn với tiếng ồn của các tế bào khác trở nên khó khăn, nếu không muốn nói là không thể.”

Một mililit máu - có kích thước bằng một hạt mưa - có thể chứa hàng tỷ tế bào, chỉ một số ít trong số đó có thể là vi khuẩn. Nhóm nghiên cứu phải tìm cách tách và khuếch đại ánh sáng phản xạ từ riêng vi khuẩn. Để làm được điều đó, họ đã mạo hiểm thực hiện một số phương pháp tiếp tuyến khoa học đáng ngạc nhiên, kết hợp một công nghệ đã tồn tại bốn thập kỷ vay mượn từ điện toán – máy in phun – và hai công nghệ tiên tiến nhất của thời đại chúng ta – hạt nano và trí tuệ nhân tạo.

“Chìa khóa để tách quang phổ của vi khuẩn khỏi các tín hiệu khác là cách ly các tế bào trong các mẫu cực nhỏ. Đồng tác giả Butrus “Pierre” Khuri-Yakub, giáo sư danh dự về kỹ thuật điện tại Stanford, người đã giúp phát triển máy in phun ban đầu, giải thích: “Chúng tôi sử dụng các nguyên tắc của máy in phun để in hàng nghìn chấm máu nhỏ thay vì thẩm vấn một mẫu lớn duy nhất. máy in vào những năm 1980.

Safir nhấn mạnh: “Nhưng bạn không thể lấy một chiếc máy in phun có sẵn và thêm máu hoặc nước thải. Để tránh những thách thức trong việc xử lý các mẫu sinh học, các nhà nghiên cứu đã sửa đổi máy in để đưa các mẫu ra giấy bằng các xung âm thanh. Khi đó, mỗi chấm máu in ra chỉ có thể tích bằng hai phần nghìn tỷ lít – nhỏ hơn một tỷ lần so với một giọt mưa. Ở quy mô đó, các giọt nhỏ đến mức chúng có thể chứa chỉ vài chục tế bào.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã truyền vào các mẫu các thanh nano vàng tự gắn vào vi khuẩn, nếu có và hoạt động giống như ăng-ten, hút ánh sáng laze về phía vi khuẩn và khuếch đại tín hiệu gấp 1500 lần cường độ không tăng cường của nó. Được phân lập và khuếch đại một cách thích hợp, quang phổ của vi khuẩn nổi lên như ngón tay cái đau của khoa học.

Phần cuối cùng của câu đố là việc sử dụng máy học để so sánh một số quang phổ phản xạ từ mỗi chấm chất lỏng được in để phát hiện các dấu hiệu nhận biết của bất kỳ vi khuẩn nào trong mẫu.

“Đó là một giải pháp sáng tạo với tiềm năng tác động cứu sống. Đồng tác giả cao cấp Amr Saleh, cựu học giả sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Dionne và hiện là giáo sư tại Đại học Cairo, cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng trước các cơ hội thương mại hóa có thể giúp xác định lại tiêu chuẩn phát hiện vi khuẩn và đặc tính của tế bào đơn”.

Chất xúc tác cho sự hợp tác
Kiểu hợp tác liên ngành này là một dấu ấn của truyền thống Stanford, trong đó các chuyên gia từ các lĩnh vực dường như khác nhau mang chuyên môn khác nhau của họ để giải quyết những thách thức lâu dài với tác động xã hội.

Cách tiếp cận cụ thể này đã được ấp ủ trong một cuộc họp vào giờ ăn trưa tại một quán cà phê trong khuôn viên trường và, vào năm 2017, là một trong những người đầu tiên nhận được một loạt khoản tài trợ trị giá 3 triệu đô la do Chất xúc tác cho các Giải pháp Hợp tác của Stanford phân phối. Các khoản tài trợ của chất xúc tác được nhắm mục tiêu cụ thể vào việc truyền cảm hứng cho sự hợp tác và chấp nhận rủi ro liên ngành giữa các nhà nghiên cứu của Stanford trong các lĩnh vực có thưởng cao như chăm sóc sức khỏe, môi trường, quyền tự chủ và bảo mật.

Mặc dù kỹ thuật này được tạo ra và hoàn thiện bằng cách sử dụng các mẫu máu, nhưng Dionne cũng tự tin không kém rằng nó có thể được áp dụng cho các loại chất lỏng và tế bào đích khác ngoài vi khuẩn, chẳng hạn như kiểm tra độ tinh khiết của nước uống hoặc có thể phát hiện vi rút nhanh hơn, chính xác hơn và ở mức thấp hơn. chi phí hơn so với các phương pháp hiện tại.

Các đồng tác giả khác của Stanford bao gồm cựu nghiên cứu sinh Loza Tadesse; cán bộ nghiên cứu Kamyar Firouzi; Niaz Banaei, giáo sư bệnh học và y học tại Trường Y khoa; và Stefanie Jeffrey, Giáo sư John và Marva Warnock, Emerita, tại Trường Y. Nhật Vũ từ Pumpkinseed Technologies cũng là đồng tác giả. Banaei, Dionne, Jeffrey và Khuri-Yakub cũng là thành viên của Stanford Bio-X. Dionne cũng là phó hiệu trưởng cấp cao của nền tảng nghiên cứu/cơ sở dùng chung, thành viên của Viện Tim mạch và Viện Khoa học Thần kinh Wu Tsai, đồng thời là chi nhánh của Viện Năng lượng Precourt. Jeffrey cũng là thành viên của Viện Ung thư Stanford. Khuri-Yakub cũng là thành viên của Viện Tim mạch, Viện Ung thư Stanford và Viện Khoa học Thần kinh Wu Tsai.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Stanford Catalyst for Collaborative Solutions, Chan Zuckerberg Biohub Investigator Program, NIH-NCATS-CTSA, Gates Foundation, National Science Foundation, NIH New Innovator Award, và từ quỹ hạt giống của Stanford Center for Đổi mới trong Y tế Toàn cầu. Một phần của công việc này đã được thực hiện tại Cơ sở chia sẻ nano Stanford (SNSF) và Cơ sở vật liệu mềm & lai (SMF), được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia và Cơ sở hạ tầng phối hợp công nghệ nano quốc gia.

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
Jill Wu
Trường Kỹ thuật Đại học Stanford

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: