AI輔助檢測：手機一拍，病菌出來
發布時間：2024-08-29 瀏覽次數：443
病原細菌污染對全球健康和經濟穩定的顯著威脅。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、高成本和需要專業操作。面對海量樣品，現場檢測以及工作人員有限等實際問題，迫切需要開發符合WHO“ASSURED”標準的生物傳感器，即具有價格合理、敏感、特異、用戶友好、快速和穩健等特點，以滿足多樣化需求。
近期，中山大學附屬第七人民醫院的研究團隊構建了一個基于一種人工智能（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生物反應器（氯酚紅-β-D-半乳糖苷負載的透明質酸水凝膠）和一個信號發生器（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，細菌分泌的透明質酸酶（HAase）會降解生物反應器中的透明質酸（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，產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細菌存在的定量報告。同時，該生物傳感器還利用革蘭氏陽性（G+）和革蘭氏陰性（G-）細菌之間分泌透明質酸酶存在較大差距的特征（G+菌較G-菌產生更多的透明質酸），達到區分二者的效果。具體機理圖如下所示
圖片來源：Biosensors and Bioelectronics
在這項研究中，人工智能（AI）通過使用YOLOv5算法扮演了至關重要的角色，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，將視覺信息轉換為可量化的數值數據。在通過訓練學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，大大縮短了檢測時間，使得檢測過程更加迅速。
綜上所述， 該研究利用細菌的生化特征開發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，就可以短時間內獲取樣品報告，為未來在更廣泛的應用場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
來源：微生物安全與健康網，作者~張宏圖
