旧的喷墨打印机激发新的细菌检测系统
用激光在滴血,粘液,或废水,光反射可以用来确定样品中的细菌。
“我们不仅可以发现,细菌存在,但具体示例——细菌大肠杆菌,葡萄球菌,链球菌、沙门氏菌说、炭疽等。詹妮弗·迪翁材料科学和工程学副教授,礼貌,斯坦福大学放射学。“每个微生物都有自己的独特的光学指纹。就像基因和蛋白质组学代码在光”。
迪翁的资深作者一项新的研究在《纳米快报详细描述一个创新的方法她的团队开发了可能导致更快(立即),便宜,而且更精确的微生物化验几乎任何流体可能希望测试微生物之一。
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突破不是细菌显示这些光谱指纹,这一事实已经知道了几十年,但在如何团队已经能够揭示这些光谱在炫目的光反射从每个样本。
“每种类型的细菌不仅展示独特模式的光但几乎所有其他分子或细胞在一个给定的样本也是如此,”第一作者说Fareeha Safir迪翁的实验室的博士生。”红细胞、白细胞和其他组件的样品寄回自己的信号,如果不是不可能的话很难区分微生物模式和其他细胞的声音。”
一毫升血液,大小的雨滴,可以包含数十亿的细胞,只有少数的微生物。团队必须找到一个方法来分离和放大的光反射的细菌。要做到这一点,他们冒险沿着几个惊人的科学切线,结合40年来技术借鉴计算——喷墨打印机和两个尖端技术的时间——纳米颗粒和人工智能。
“从其他信号中分离细菌谱的关键是孤立的细胞非常小的样本。我们使用喷墨打印原理打印成千上万的小点的血液,而不是询问一个大样本,”合著者解释道Butrus Khuri-Yakub皮埃尔名誉教授,斯坦福大学电气工程帮助在1980年代开发最初的喷墨打印机。
“但你不能得到一个现成的喷墨打印机和加血或废水,“Safir强调。绕过挑战处理生物样本,研究者修改打印机把样品纸用声脉冲。每个点的印花血液就2/1000000000000升体积的——超过十亿次小于雨滴。规模,水滴太小他们可能只有几十个细胞。
此外,研究人员样品注射了金纳米棒,附着于细菌,如果存在,像天线一样,激光向细菌和放大信号unenhanced的大约1500倍的力量。适当的隔离和放大,细菌谱伸出像科学拇指痛。
拼图的最后一块是使用机器学习从每个印刷比较几种光谱反射点的液体发现的蛛丝马迹的细菌样本。
“这是一个创新的解决方案,潜在拯救生命的影响。我们现在兴奋商业化的机会,可以帮助重新定义标准的细菌检测和单细胞特性,”高级合作者Amr萨利赫说前博士后学者迪翁的实验室现在开罗大学教授。
合作的催化剂
这种跨学科的合作是一个标志的斯坦福大学传统看似不同的领域的专家把他们不同的专业知识来解决长期存在的挑战和社会影响。
这个方法是策划校园午餐会议期间在一家咖啡馆,在2017年,是最早接受一系列的300万美元赠款由斯坦福大学的催化剂协同解决方案。催化剂赠款是专门针对鼓舞人心的高回报领域的跨学科的冒险和斯坦福大学的研究人员之间的协作等医疗保健,环境,自主性和安全性。
虽然这种技术是创建和完善使用的血液样本,迪翁同样相信它可以应用到其他类型的液体和靶细胞除了细菌,如测试饮用水纯洁或者发现病毒更快,更准确的说,和以较低的成本比现在的方法。
参考:Safir F, Vu N,特低频,等。结合声学生物打印与AI-assisted拉曼光谱的高通量鉴定细菌的血液。纳米列托人。2023年。doi:10.1021 / acs.nanolett.2c03015
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