Наразі, щоб виявити тип бактерії в крові чи воді, потрібно вирощувати бактеріальні культури в лабораторіях протягом кількох годин чи навіть днів. Однак новий лазерний метод, який пропонують дослідники зі Стенфордського університету, справляється з ідентифікацією за кілька секунд.
«Кожна бактерія має свій унікальний оптичний відбиток. Це схоже на генетичний і протеомний код, написаний світлом», — каже Дженніфер Діон, доцент кафедри матеріалознавства, інженерії та радіології Стенфордського університету.
Діон — старша авторка дослідження, опублікованого в журналі Nano Letters, в якому докладно описується інноваційний метод миттєвої та точнішої ідентифікації бактерій у будь-якій рідині.
Якщо посвітити лазером на краплю крові, слизу чи стічної води — світло, яке відбивається, допоможе дізнатися про наявність чи тип бактерії (кишкова паличка, стафілокок тощо) у зразку. Але лазерна ідентифікація була проблемною через те, що інші мікроскопічні об’єкти у зразку (такі як клітини крові або віруси) також відбивають світло, і тоді спектральний відбиток бактерії фактично губиться серед фонового шуму.
Мілілітр крові розміром із дощову краплю може містити мільярди клітин, і лише деякі з них можуть бути бактеріями. Команда вчених Стенфордського університету знайшла спосіб відокремити та посилити це світло, поєднавши технологію з 1980-х років (струменевий принтер) і дві передові технології 2020 рр. (штучний інтелект та наночастинки).
Ключове рішення вчених — ізолювати рідину в надзвичайно малих зразках — що й робить модифікований принтер, який друкує тисячі крихітних крапочок крові за допомогою акустичних імпульсів. Кожна становить лише дві трильйонні частки літра – у мільярд разів менше, ніж дощова крапля.
Далі дослідники заповнюють зразки золотими наночастинками, які прикріплюються до бактерій і діють як антени, притягуючи лазерне світло до них і посилюючи сигнал приблизно в 1500 разів. Згодом програма на основі ШІ порівнює кілька спектрів крапель, щоб виявити характерні ознаки будь-яких бактерій у зразках.
Весь процес займає кілька секунд – тоді як традиційні методи виділення бактерій в лабораторних умовах займають години чи навіть дні (наприклад, для культури туберкульозу знадобиться аж 40 днів).
Вчені використовували у дослідженні заражену кров мишей — але Діон запевняє, що метод буде настільки ж ефективним при аналізі інших рідин. Його також можна адаптувати для виявлення вірусів.
Джерело: Stanford University