В настоящее время, чтобы увидеть, какой тип бактерий (если они есть) присутствуют в образце жидкости, необходимо выращивать бактериальные культуры в лаборатории в течение нескольких часов или даже нескольких дней. Однако новая лазерная техника работает всего за несколько минут.
Ранее уже было известно, что при воздействии лазерного света бактерии отражают свет обратно в спектральном образце, который уникален для этого конкретного вида. Проблема в том, что другие микроскопические объекты в образце, такие как клетки крови или вирусы, также отражают свет, придавая ему свой уникальный оттенок. Это означает, что спектральный «отпечаток пальца» бактерии теряется среди фонового шума, поэтому его невозможно различить.
Во главе с профессором Дженнифер Дионн и группа ученых из Стэнфордского университета разработали решение этой проблемы.
Их метод включает в себя модифицированный струйный принтер, который использует акустические импульсы для печати крошечных точек рассматриваемой жидкости. Каждая точка, напечатанная на слайде, имеет объем всего две триллионных доли литра. Поскольку точки такие маленькие, они содержат не более нескольких десятков клеток, поэтому у любых присутствующих бактерий очень мало конкурентов в плане визуализации.
Кроме того, золотые наностержни, добавленные к крошечным образцам, прикрепляются к бактериям, выступая в качестве антенн, которые притягивают лазерный свет. В результате отраженный спектральный отпечаток бактерий в 1500 раз сильнее, чем он был бы в противном случае. Это позволяет программному обеспечению на основе машинного обучения легко обнаруживать этот отпечаток и сопоставлять его с определенным типом бактерий.
И хотя технология была разработана в основном с использованием зараженной мышиной крови в качестве жидкости, Дионн считает, что она должна быть столь же эффективной при анализе других жидкостей — ее можно даже адаптировать для воздействия на другие типы клеток, такие как вирусы.
«Это инновационное решение, которое может спасти множество жизней, — заявил старший соавтор исследования Амр Салех, бывший докторант в лаборатории Дионн, а в настоящее время профессор Каирского университета. — Теперь мы ищем возможности коммерциализации, которые могут помочь переопределить стандарт обнаружения бактерий и характеристики отдельных клеток».