AI輔助檢測：手機一拍，病菌出來(lái)
發(fā)布時(shí)間：2024-08-29 瀏覽次數：661
病原細菌污染對全球健康和經(jīng)濟穩定的顯著(zhù)威脅。傳統的細菌檢測方法，如培養方法，聚合酶鏈反應（PCR）和酶聯(lián)免疫分析（ELISAs），在準確識別細菌菌株方面被認為是可靠的。然而，局限性包括它們的復雜性、高成本和需要專(zhuān)業(yè)操作。面對海量樣品，現場(chǎng)檢測以及工作人員有限等實(shí)際問(wèn)題，迫切需要開(kāi)發(fā)符合WHO“ASSURED”標準的生物傳感器，即具有價(jià)格合理、敏感、特異、用戶(hù)友好、快速和穩健等特點(diǎn)，以滿(mǎn)足多樣化需求。
近期，中山大學(xué)附屬第七人民醫院的研究團隊構建了一個(gè)基于一種人工智能（AI）輔助的智能手機比色生物傳感器。該生物傳感器主要由一個(gè)生物反應器（氯酚紅-β-D-半乳糖苷負載的透明質(zhì)酸水凝膠）和一個(gè)信號發(fā)生器（β-半乳糖苷酶負載的瓊脂水凝膠）組成。當細菌樣本與生物傳感器接觸，細菌分泌的透明質(zhì)酸酶（HAase）會(huì )降解生物反應器中的透明質(zhì)酸（HA）水凝膠；隨著(zhù)HA水凝膠的降解，酚紅-β-D-半乳糖苷被釋放，并與β-半乳糖苷酶反應，產(chǎn)生可檢測的信號顏色。智能手機捕獲這些顏色變化，YOLOv5算法分析這些顏色并提供有關(guān)細菌存在的定量報告。同時(shí)，該生物傳感器還利用革蘭氏陽(yáng)性（G+）和革蘭氏陰性（G-）細菌之間分泌透明質(zhì)酸酶存在較大差距的特征（G+菌較G-菌產(chǎn)生更多的透明質(zhì)酸），達到區分二者的效果。具體機理圖如下所示
圖片來(lái)源：Biosensors and Bioelectronics
在這項研究中，人工智能（AI）通過(guò)使用YOLOv5算法扮演了至關(guān)重要的角色，AI算法負責識別和分析智能手機拍攝的生物傳感器上的顏色變化圖像，將視覺(jué)信息轉換為可量化的數值數據。在通過(guò)訓練學(xué)習了大量圖像數據后， 該算法能夠以高準確率識別圖像中的特定模式，大大縮短了檢測時(shí)間，使得檢測過(guò)程更加迅速。
綜上所述， 該研究利用細菌的生化特征開(kāi)發(fā)了一種基于比色法的生物傳感器，AI在這項研究中不僅提高了細菌檢測的速度和準確性，還增強了檢測系統的智能化水平，減少了人為讀取顏色變化時(shí)可能出現的誤差。只需隨身攜帶的手機輕松一拍，就可以短時(shí)間內獲取樣品報告，為未來(lái)在更廣泛的應用場(chǎng)景中使用這種生物傳感器提供了可能。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116369
來(lái)源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~張宏圖
