AI輔助檢測(cè)：手機(jī)一拍，病菌出來(lái)
發(fā)布時(shí)間：2024-08-29 瀏覽次數(shù)：457
病原細(xì)菌污染對(duì)全球健康和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的顯著威脅。傳統(tǒng)的細(xì)菌檢測(cè)方法，如培養(yǎng)方法，聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）和酶聯(lián)免疫分析（ELISAs），在準(zhǔn)確識(shí)別細(xì)菌菌株方面被認(rèn)為是可靠的。然而，局限性包括它們的復(fù)雜性、高成本和需要專業(yè)操作。面對(duì)海量樣品，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及工作人員有限等實(shí)際問(wèn)題，迫切需要開發(fā)符合WHO“ASSURED”標(biāo)準(zhǔn)的生物傳感器，即具有價(jià)格合理、敏感、特異、用戶友好、快速和穩(wěn)健等特點(diǎn)，以滿足多樣化需求。
近期，中山大學(xué)附屬第七人民醫(yī)院的研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)基于一種人工智能（AI）輔助的智能手機(jī)比色生物傳感器。該生物傳感器主要由一個(gè)生物反應(yīng)器（氯酚紅-β-D-半乳糖苷負(fù)載的透明質(zhì)酸水凝膠）和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器（β-半乳糖苷酶負(fù)載的瓊脂水凝膠）組成。當(dāng)細(xì)菌樣本與生物傳感器接觸，細(xì)菌分泌的透明質(zhì)酸酶（HAase）會(huì)降解生物反應(yīng)器中的透明質(zhì)酸（HA）水凝膠；隨著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(yīng)，產(chǎn)生可檢測(cè)的信號(hào)顏色。智能手機(jī)捕獲這些顏色變化，YOLOv5算法分析這些顏色并提供有關(guān)細(xì)菌存在的定量報(bào)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(xì)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(dá)到區(qū)分二者的效果。具體機(jī)理圖如下所示
圖片來(lái)源：Biosensors and Bioelectronics
在這項(xiàng)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(fù)責(zé)識(shí)別和分析智能手機(jī)拍攝的生物傳感器上的顏色變化圖像，將視覺信息轉(zhuǎn)換為可量化的數(shù)值數(shù)據(jù)。在通過(guò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)了大量圖像數(shù)據(jù)后， 該算法能夠以高準(zhǔn)確率識(shí)別圖像中的特定模式，大大縮短了檢測(cè)時(shí)間，使得檢測(cè)過(guò)程更加迅速。
綜上所述， 該研究利用細(xì)菌的生化特征開發(fā)了一種基于比色法的生物傳感器，AI在這項(xiàng)研究中不僅提高了細(xì)菌檢測(cè)的速度和準(zhǔn)確性，還增強(qiáng)了檢測(cè)系統(tǒng)的智能化水平，減少了人為讀取顏色變化時(shí)可能出現(xiàn)的誤差。只需隨身攜帶的手機(jī)輕松一拍，就可以短時(shí)間內(nèi)獲取樣品報(bào)告，為未來(lái)在更廣泛的應(yīng)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
