Чтобы выявить тип бактерии в крови или воде, нужно выращивать бактериальные культуры в лаборатории в течение нескольких часов или даже дней. Однако новый лазерный метод, который предлагают исследователи из Стэнфордского университета, справляется с идентификацией за несколько секунд.
«Каждая бактерия имеет свой уникальный оптический отпечаток. Это сродни генетическому и протеомному коду, написанному светом», — говорит Дженнифер Дион, доцент кафедры материаловедения, инженерии и радиологии Стэнфордского университета.
Дион — старший автор исследования, опубликованного в журнале Nano Letters, в котором подробно описывается инновационный метод мгновенной и более точной идентификации бактерий в любой жидкости.
Если посветить лазером на каплю крови, слизи или сточной воды — отраженный свет поможет проверить наличие или тип бактерии (кишечная палочка, стафилококк и т.п.) в образце. Но лазерная идентификация была проблемной из-за того, что другие микроскопические объекты в образце (такие как клетки крови или вирусы) тоже отражают свет, и спектральный отпечаток бактерии фактически теряется среди фонового шума.
Миллилитр крови размером с дождевую каплю может содержать миллиарды клеток, и лишь некоторые из них могут быть бактериями. Команда ученых Стэнфордского университета нашла способ отделить и усилить их свет, соединив технологию с 1980-х годов (струйный принтер) и две передовые технологии 2020-х годов (искусственный интеллект и наночастицы).
Ключевое решение ученых — изолировать жидкость в очень малых образцах — что и делает модифицированный принтер, печатающий тысячи крошечных точек крови с помощью акустических импульсов. Каждая составляет лишь две триллионные доли литра – в миллиард раз меньше дождевой капли.
Далее исследователи заполняют образцы золотыми наночастицами, которые прикрепляются к бактериям и действуют как антенны, притягивая лазерный свет к ним и усиливая сигнал примерно в 1500 раз. Затем программа на основе ИИ сравнивает несколько спектров капель, чтобы выявить характерные признаки любых бактерий в образцах.
Весь процесс занимает несколько секунд – в то время как традиционные методы выделения бактерий в лабораторных условиях занимают часы или даже дни (например, для культуры туберкулеза понадобится 40 дней).
Ученые использовали в исследовании зараженную кровь мышей – но Дион уверяет, что метод будет столь же эффективен при анализе других жидкостей. Его можно адаптировать для обнаружения вирусов.
Источник: Stanford University