Uusi alkometri testaa nopeasti COVID-19:n – Physics World

Uusi optisen taajuuskampatekniikan käyttöön perustuva lääketieteellinen diagnostinen työkalu voi nopeasti testata COVID-19:ää uloshengitetystä hengityksestä. Tekniikka, jonka ovat kehittäneet tutkijat osoitteessa JILA, National Institute of Standards and Technology (NIST) ja University of Colorado Boulder, voidaan käyttää myös muiden tilojen tai sairauksien, erityisesti hengitysteiden, maha-suolikanavan tai aineenvaihdunnan aiheuttamien sairauksien diagnosointiin.

Mahdollisuus testata nopeasti COVID-2:stä vastuussa olevan SARS-CoV-19:n kaltaisten virusten aiheuttamia tartuntoja on ratkaisevan tärkeää tulevien pandemioiden torjunnassa. Ihmisen uloshengitetyn hengityksen testaus voi tulla omaksi tässä, koska jokainen hengitys sisältää yli 1000 erillistä molekyyliä, joista osa voi viitata taustalla olevaan sairauteen tai infektioon. Nämä molekyylit voidaan havaita ja tunnistaa mittaamalla niiden selektiivinen laservalon absorptio eri optisilla taajuuksilla.

Vuonna 2008 tutkijat johtivat Kesäkuu Ye JILA osoitti, että taajuuskampaspektroskopia – alun perin optisiin atomikelloihin ja tarkkuusmetrologiaan kehitetty tekniikka – voisi mahdollisesti tunnistaa sairauden biomarkkereita uloshengitetystä ihmisen hengityksestä. Tekniikasta, joka käyttää pääasiassa laservaloa eri molekyylien erottamiseen, puuttui kuitenkin herkkyys, eikä se kyennyt yhdistämään tiettyjä molekyylejä sairaustiloihin. He eivät siksi testanneet sitä sairauksien diagnosoimiseksi.

Osat per biljoona -herkkyys

Vuonna 2021 Ye ja kollegat paransivat tekniikkansa herkkyyttä 1000 kertaa, mikä tarkoittaa, että se voisi nyt havaita tiettyjä biomolekyylejä biljoonaosissa. Heidän uudessa tutkimuksessaan, joka on kuvattu yksityiskohtaisesti Journal of Breath Research, he käyttivät ohjattua koneoppimista prosessoidakseen valon absorptiokuvioita ja luodakseen suoran yhteyden mahdollisiin sairaustiloihin ilman, että he käyvät ensin läpi molekyylien tunnistamisen välivaihetta.

Testatakseen menetelmänsä tutkijat keräsivät hengitysnäytteitä 170 henkilöltä, joista puolella oli SARS-CoV-2 testattaessa tavanomaisella PCR:llä (polymeraasiketjureaktio). Sitten he ohjasivat näytteet putken läpi uuteen alkometriin, joka koostuu optisista taajuuksista, jotka tuottavat keski-infrapunalaservaloa kymmenillä tuhansilla ja joskus sadoilla tuhansilla eri optisilla taajuuksilla. Käyttämällä paria erittäin heijastavia peilejä taajuuskampavalo läpäisee hengityskaasunäytteet noin 4000 kertaa, jolloin molekyylien absorptiovoimakkuudet paranevat merkittävästi.

Tämän jälkeen tiimi käytti koneoppimisalgoritmeja analysoidakseen noin 15000 XNUMX taajuudella mitattuja ultraherkkiä absorptiosignaaleja havaitakseen, olivatko kohteet tartunnan saaneet vai eivät. Tutkimus vahvistettiin pyytämällä konetta ennustamaan jokaisen yksilön COVID-tilanne ja sitten vertaamalla tätä heidän PCR-testinsä tuloksiin.

Vaihtoehto PCR-testeille

Uuden laserspektroskopiatekniikan tulokset vastasivat 85 % PCR:n tuloksista, mikä on "erinomaista" lääketieteellisten diagnostisten standardien mukaan.

"Tekniikka voisi olla vaihtoehto COVID-19:n PCR-testeille", sanoo tutkimuksen johtava kirjoittaja Qizhong Liang. "Laserpohjaisella hengitystestillä saadaan tulos paljon nopeammin, ja tulevissa järjestelmissä otamme käyttöön reaaliaikaisen havaintokyvyn pyytämällä ihmisiä hengittämään suoraan laitteeseen."

Fyysikot simuloivat SARS-CoV-2:n muodostumista

Havaitseminen on tietysti myös ei-invasiivista – toisin kuin nenäpyyhkäisyistä, joista meillä kaikilla on huonoja muistoja pandemiasta. "Se saattaa siis rohkaista useampia ihmisiä testaamaan", hän sanoo. "Toinen mielenkiintoinen huomautus on, että hengitysnäyte pysyy ehjänä testin jälkeen, mikä mahdollistaa ajasta riippuvaiset tutkimukset näillä näytteillä, jos kiinnostusta on tulevaisuudessa."

JILA-tiimi tutkii nyt tekniikan soveltuvuutta muiden sairauksien diagnosoimiseen, erityisesti hengityselimiin, maha-suolikanavaan tai aineenvaihduntaan liittyvien sairauksien diagnosointiin. He todellakin aloittavat yhteistyön lastenlääkäreiden kanssa astmaattisten lasten hengityksen analysoimiseksi. He aikovat myös pienentää laitteen mittoja, sillä se on tällä hetkellä metrin kokoinen.

"Olemme laajentaneet menetelmän spektrin kattavuutta, jotta voimme havaita monia muita molekyylejä", Ye kertoo. Fysiikan maailma. "Tällä tavalla voimme havaita entistä enemmän kemiallista tietoa hengityksestä ja parantaa diagnostista tarkkuutta."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• EVM Finance. Hajautetun rahoituksen yhtenäinen käyttöliittymä. Pääsy tästä.
• Quantum Media Group. IR/PR vahvistettu. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/novel-breathalyser-rapidly-tests-for-covid-19/