😢 Проблема: обнаружение и распознавание микроорганизмов важно во многих областях, например для медицинской диагностики, мониторинга окружающей среды, производства продуктов питания, разработки лекарств и так далее. Обычно для обнаружения патогенов используют метод культивирования. Для этого образец жидкости помещают в питательную среду, чтобы микроорганизмы размножились и их можно было изучить.
Но с помощью современных лабораторных протоколов легко культивировать менее 2% всех бактерий. При этом процесс может длиться от нескольких часов до нескольких дней. Например, культивирование туберкулёза занимает 40 дней. Часто это слишком долго.
😎 Решение: быстро обнаруживать бактерии при помощи лазера. Для этого технологию струйной печати 40-летней давности объединили с технологиями наночастиц и нейросетей.
🤔 Как работает: используя принципы струйной печати, создают тысячи крошечных точек образца жидкости, например крови. Их наносят на бумагу с помощью акустических импульсов. Каждая точка имеет объём 0,000000000002 л, то есть более чем в миллиард раз меньше капли дождя. Точки наполняют золотыми наностержнями, которые прикрепляются к бактериям и выполняют роль антенны.
Затем на точки светят лазером. Золотые наностержни привлекают лазерный свет к бактериям и усиливают его примерно в 1500 раз. Из-за этого бактерии начинают отражать свет, при этом отражения уникальны для каждого вида. Нейросеть с машинным обучением сравнивает несколько спектров, отражённых от каждой точки, и определяет характерные признаки бактерий.
Уникальность отображаемых бактериями спектров была известна давно. Но только сейчас научились выявлять эти оптические отпечатки среди ослепляющего массива света, который отражается от каждого образца.
🤨 И что? Таким образом можно не только быстро и недорого узнать о наличии бактерий в жидкости, но и определить, какие они. Например, так можно проверить образец сточных вод и обнаружить в них кишечную палочку, стафилококк, стрептококк, сальмонеллу и другие опасные патогены. Процесс обнаружения происходит почти немедленно, так что это может помочь вовремя выявлять опасные микроорганизмы.
🧑💻 Кто: исследователи Стэнфордского университета и компании Pumpkinseed Technologies, США.
Источники: scitechdaily.com и pubs.acs.org
