اختبارات جديدة لمحلل التنفس بسرعة لـ COVID-19 - عالم الفيزياء

يمكن لأداة تشخيصية طبية جديدة تعتمد على استخدام تقنية مشط التردد البصري أن تختبر بسرعة فيروس كورونا المستجد (كوفيد-19) في نفس الزفير. التقنية التي طورها الباحثون في جيلاالمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (نيست) و جامعة كولورادو بولدرويمكن استخدامه أيضًا لتشخيص حالات أو أمراض أخرى، خاصة تلك التي لها منشأ تنفسي أو معدي معوي أو أيضي.

إن القدرة على إجراء اختبار سريع للعدوى بفيروسات مثل SARS-CoV-2، الفيروس المسؤول عن مرض كوفيد-19، أمر بالغ الأهمية لمكافحة الأوبئة المستقبلية. يمكن أن يكون اختبار الزفير البشري أمرًا مهمًا هنا نظرًا لأن كل نفس يحتوي على أكثر من 1000 جزيء متميز، يمكن أن يشير بعضها إلى حالات طبية أو عدوى كامنة. يمكن اكتشاف هذه الجزيئات والتعرف عليها عن طريق قياس امتصاصها الانتقائي لضوء الليزر عند ترددات بصرية مختلفة.

في عام 2008 ، قاد الباحثون جون يي أظهر JILA أن التحليل الطيفي لمشط التردد - وهي تقنية تم تطويرها في الأصل للساعات الذرية البصرية والمقاييس الدقيقة - يمكن أن يحدد المؤشرات الحيوية للمرض في النفس البشري الزفير. ومع ذلك، فإن هذه التقنية، التي تستخدم ضوء الليزر بشكل أساسي للتمييز بين الجزيئات المختلفة، كانت تفتقر إلى الحساسية، ولم تتمكن من ربط جزيئات معينة بالحالات المرضية. ولذلك لم يختبروه لتشخيص الأمراض.

حساسية مستوى جزء لكل تريليون

في عام 2021، يي وزملاؤه قاموا بتحسين حساسية تقنيتهم ​​بمقدار 1000 مرةمما يعني أنه يمكنه الآن اكتشاف جزيئات حيوية معينة عند مستوى جزء لكل تريليون. في دراستهم الجديدة، المفصلة في مجلة أبحاث التنفسقاموا بتطبيق التعلم الآلي الخاضع للإشراف لمعالجة أنماط امتصاص الضوء وإجراء اتصال مباشر بالحالات المرضية المحتملة دون المرور بالخطوة المتوسطة لتحديد الجزيئات أولاً.

ولاختبار طريقتهم، جمع الباحثون عينات التنفس من 170 فردًا، نصفهم مصابون بـ SARS-CoV-2 عند اختبارهم باستخدام PCR التقليدي (تفاعل البوليميراز المتسلسل). ثم قاموا بعد ذلك بإدخال العينات من خلال أنبوب إلى جهاز قياس التنفس الجديد الخاص بهم، والذي يتكون من أمشاط التردد البصري التي تولد ضوء الليزر تحت الأحمر المتوسط ​​بعشرات الآلاف وأحيانًا مئات الآلاف من الترددات الضوئية المميزة. باستخدام زوج من المرايا عالية الانعكاس، يمرر ضوء المشط الترددي عينات غاز التنفس حوالي 4000 مرة بحيث يتم تعزيز قوة الامتصاص الجزيئي بشكل كبير.

ثم استخدم الفريق خوارزميات التعلم الآلي لتحليل إشارات الامتصاص فائقة الحساسية التي تم قياسها بحوالي 15000 تردد لاكتشاف ما إذا كان الأشخاص مصابين أم لا. تم التحقق من الدراسة من خلال مطالبة الجهاز بالتنبؤ بحالة فيروس كورونا لكل فرد ثم مقارنة ذلك بنتائج اختبار PCR الخاص به.

بديل لاختبارات PCR

وتطابقت نتائج تقنية التحليل الطيفي بالليزر الجديدة بنسبة 85% مع نتائج PCR، وهي “ممتازة” بحسب معايير التشخيص الطبي.

يقول المؤلف الرئيسي للدراسة: “يمكن أن تكون هذه التقنية بديلاً لاختبارات PCR لـCOVID-19”. كيزونغ ليانغ. "إن اختبار التنفس المعتمد على الليزر أسرع بكثير في الحصول على النتيجة، وفي الأنظمة المستقبلية، نقوم بتنفيذ إمكانية الكشف في الوقت الفعلي من خلال مطالبة الأشخاص بالتنفس مباشرة في أجهزتنا."

يحاكي الفيزيائيون كيفية تكوّن SARS-CoV-2

إن الكشف أيضًا، بالطبع، غير جراحي – على عكس مسحات الأنف التي لدينا جميعًا ذكريات سيئة عنها من الوباء. ويقول: "قد يشجع ذلك المزيد من الأشخاص على إجراء الاختبار". "ملاحظة أخرى مثيرة للاهتمام هي أن عينة التنفس تظل سليمة بعد الاختبار، مما يسمح بإجراء دراسات تعتمد على الوقت على هذه العينات إذا كان هناك اهتمام مستقبلي."

وسيبحث فريق JILA الآن في إمكانية تطبيق هذه التقنية لتشخيص الحالات أو الأمراض الأخرى، خاصة تلك ذات الأصل التنفسي أو الهضمي أو الأيضي. في الواقع، إنهم يتعاونون مع أطباء الأطفال لتحليل تنفس الأطفال المصابين بالربو. ويخططون أيضًا لتقليل أبعاد الأداة، التي يبلغ حجمها حاليًا أمتارًا.

يقول يي: "لقد قمنا بتوسيع التغطية الطيفية لهذه الطريقة للسماح باكتشاف العديد من الجزيئات". عالم الفيزياء. "وبهذه الطريقة، يمكننا اكتشاف المزيد من المعلومات الكيميائية من التنفس وتحسين دقة التشخيص."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• تمويل EVM. واجهة موحدة للتمويل اللامركزي. الوصول هنا.
• مجموعة كوانتوم ميديا. تضخيم IR / PR. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/novel-breathalyser-rapidly-tests-for-covid-19/