تشخیص ۱۵ دقیقه ای حمله قلبی با حسگر کاغذی 

به گزارش خبرگزاری اوبیکو به نقل از IE از آنجایی که حملات قلبی عامل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان محسوب می شود تشخیص زودهنگام برای نجات زندگی بسیار اهمیت دارد. با این حال آزمایش های آزمایشگاهی استاندارد می تواند زمان بر و پرهزینه باشد.

برای حل این مشکل محققان دانشگاه کالیفرنیا در آمریکا یک حسگر کاغذی ارزان قیمت ساخته اند که زیست نشانگر های حملات قلبی را تشخیص می دهد.

ابداع کنندگان این فناوری می گویند این ابزار برای ارائه نتایج سریع تنها در ۱۵ دقیقه طراحی شده است.

«آی دوغان اوزجان» «Aydogan Ozcan» مجری این تحقیقات گفت: «ما برای معرفی این راه حل کم هزینه و قابل حمل که فاصله بین تشخیص آزمایشگاهی مرکزی و آزمایش تشخیصی بر بالین بیمار را پر می کند هیجان زده هستیم.»

وی افزود: «سکوی مبتنی بر کاغذ ما که با یادگیری عمیق طراحی شده است جایگزین موثری برای ابزار های حجیم و گران قیمتی است که در حال حاضر در بیمارستان ها استفاده می شوند. این دستاورد نویدبخش ارائه تشخیص های پیشرفته قلبی به جمعیت های تحت پوشش در سطح جهان است».

نقش الگوریتم های یادگیری عمیق 

این محققان نوعی سنجش جریان عمودی مبتنی بر کاغذ (VFA) طراحی کرده اند که پروتئین «تروپونین ای» (cTnI) قلبی را شناسایی می کند که در جریان آسیب عضله قلب در جریان خون آزاد می شود.

این سکوی نوآورانه ترکیبی از دو فناوری قدرتمند است: الگوریتم های یادگیری عمیق و شیمی تقویت نانوذرات پیشرفته. در این سکو از الگوریتم ها برای تجزیه و تحلیل تصاویر گرفته شده توسط سیستم VFA و افزایش تشخیص cTnI استفاده می شود. 

جالب آنکه این حسگر توانایی دستیابی به «حد تشخیص حداقل ۰.۲ پیکوگرم در میلی لیتر (pg/mL)» را دارد.

محققان می گویند حساسیت استثنایی این سکو بسیار فراتر از حساسیت دستگاه های موجود آزمایش بر بالین بیمار است. این ابزار «نیاز های بالینی» را برای تشخیص مقادیر بسیار کمی از پروتئین تروپونین در جریان خون برآورده می کند. این تشخیص دقیق ممکن است راه را برای تشخیص زودهنگام انفارکتوس حاد میوکارد (AMI) یا سکته قلبی هموار کند. 

راه حل کم هزینه 

این سیستم دو مرحله ای است: در مرحله ایمونواسی آزمایش پروتئین cTnI را در نمونه خون شناسایی می کند. برای این کار از ذرات ریز طلا که به مولکول های دیگر متصل شده اند برای اتصال به پروتئین cTnI استفاده می کند.

در مرحله دوم یعنی مرحله تقویت سیگنال ذرات طلا با برقراری یک واکنش شیمیایی تغییر رنگ ایجاد می کنند. سپس یک دستگاه قابل حمل مخصوص از این تغییر رنگ عکس می گیرد.

محققان از الگوریتم های یادگیری عمیق برای تجزیه و تحلیل این تصاویر و حساس تر و دقیق تر کردن آزمون استفاده می کنند. آنها دریافتند نتایج آزمایش VFA بسیار شبیه به نتایج آزمایش های آزمایشگاهی سنتی است و این قابلیت اطمینان به این فناوری جدید را به نمایش گذاشت. 

همچنین این سیستم می تواند سطوح مختلف cTnI از بسیار کم تا بسیار زیاد (۰.۲ pg/mL تا ۱۰۰ نانوگرم در میلی لیتر (ng/mL) را تشخیص دهد.

از نظر هزینه سنجش مبتنی بر کاغذ کمتر از ۴ دلار در هر آزمایش قیمت دارد در حالی که دستگاه خوانش قابل حمل تقریبا ۱۷۰ دلار در هر واحد هزینه دارند. این مقرون به صرفه بودن ممکن است برای محیط های دارای منابع محدود ارزشمند باشد. 

مجریان این طرح می گویند: «هدف ما طراحی سیستمی بود که بتواند نه تنها در بیمارستان ها بلکه در کلینیک ها داروخانه ها و حتی در آمبولانس ها نیز استفاده شود. توانایی تشخیص سریع و کمی کردن سطح تروپونین در تنظیمات مختلف می تواند درمان سریع تر و مؤثرتری را برای بیماران حمله قلبی به ویژه در مرحله حیاتی مراقبت های پیش بیمارستانی امکان پذیر کند.»

نتایج این تحقیقات در نشریه ACS Nano منتشر شده است.