ابزار سیار هوشمند برای تشخیص و درمان بیماری‌های وخیم

کد خبر: ۵۱۲۰۸۱

دهه‌های متوالی است که یافتن راه‌حل‌های عملی برای تشخیص پروتئین‌ها، نشانگرهای زیستی سرطان‌ها، ویروس‌ها و سایر اجزای کوچک، یک چالش کلیدی برای محققان در سراسر جهان بوده است. این راه‌حل‌ها طول عمر بیشتر در زندگی را از طریق تشخیص به‌موقع و درمان عفونت‌ها و بیماری‌های جدی نوید می‌دهد.

در حال حاضر تحقیقات جدید یک تیم در دانشگاه UCLA نشان می‌دهد که چگونه چنین آشکارسازهایی می‌توانند با استفاده از ابزارهای سیار «هوشمند» به‌وسیله یادگیری ماشینی طراحی شوند.

یکی از این روش‌ها برای تشخیص اجزای کوچک و نشانگرهای زیستی مرتبط، موسوم به سنجش پلاسمونیک است که شامل تاباندن نور به داخل نانوساختارهای فلزی برای تقویت میدان الکتریکی محلی است. تعامل بین این میدان الکتریکی تقویت‌شده و مولکول‌ها را می‌توان اندازه‌گیری کرد و اطلاعات مهم در مورد غلظت مولکولی را آشکار ساخت. اگرچه دانشمندان این نوع سنجش را برای چندین دهه بررسی کرده‌اند، اما آنها با چالش‌هایی مواجه شده‌اند که مربوط به محیط خارج از تنظیمات آزمایشگاهی است و محدود به منابع است و دلیل آن گران‌قیمت و بزرگ بودن ابزار برای این کار است. پلاسمونیک بر اساس فرآیند برهم‌کنش بین امواج الکترومغناطیسی و الکترون‌های رسانش در فلزات با ابعاد نانو بیان شده است.

یادگیری ماشینی یکی از زیرشاخه‌های علم کامپیوتر است که از مطالعه تشخیص الگو و نظریه یادگیری محاسباتی در هوش مصنوعی تکامل‌یافته کسب شده است.

یادگیری ماشینی زیرمجموعه‌ای از هوش مصنوعی است که موضوع آن الگوریتم‌هایی است که به رایانه‌ها اجازه یادگیری می‌دهد. بسیاری از الگوریتم‌های یادگیری ماشینی با تکیه بسیار بر ریاضیات و آمار ایجاد شده‌اند.

تیم UCLA، به رهبری آیدوگان اوزجان، استاد صدراعظم مهندسی برق و مهندسی زیستی و دستیار مدیر موسسه کالیفرنیا نانوسیستم، این مفهوم را کسب و آن را در سنجش پلاسمونیک توسط ساخت یک دستگاه همراه و ارزان‌قیمت اعمال کرد که به‌مراتب دقیق‌تر از طرح‌های سنسور معمولی است.

دستگاه نمونه سبک و قابل حمل است و متشکل از یک بدنه پلاستیکی حاصل از پرینتر سه‌بعدی، چهار دیود ساطع نور، یا LEDها، از رنگ‌های مختلف و دوربین است. همان‌طور که در مطالعه شرح داده شده، یک الگوریتم یادگیری ماشینی از میان هزاران گزینه ممکن، چهار عدد از بهینه‌ترین LEDها را انتخاب می‌کند. در آینده با طراحی دقیق‌تر و یک روش محاسباتی برای تعیین کمیت خروجی سنسور و با هدف ارائه یک ابزار طراحی برای دیگر مهندسان و محققان می‌توان از آن برای بهینه‌سازی کم‌هزینه سنسورهای  نوری جهت کاربردهای مختلف در حوزه سلامت و همچنین نظارت بر محیط زیست استفاده کرد.

با استفاده از روش ساخت نانوساختارهای تازه کشف‌شده، این تیم تحقیقاتی قادر به تولید سنسورهای پلاسمونیک انعطاف‌پذیر شد که برای یک بار استفاده به اندازه کافی کارا و ارزان هستند. این سنسورها می‌توانند  دستخوش «اصلاح سطح» شوند که تضمین می‌کند فقط مولکول‌هایی تقویت شوند که در تعامل با میدان الکتریکی هستند.

این مرحله بیوشیمی مشابه دو قطعه پازل مکمل است که در آن یک قطعه به سطح حسگر متصل است و از اتصال هر گونه قطعه دیگر به غیر از مکمل آن برای پیوستن و تداخل جلوگیری می‌کند. این بدان معنی است که این سنسورها می‌توانند «تغییر پیدا کنند» تا هر تعداد از نشانگرهای خاص زیستی مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و یا سلول‌های سرطانی را در میان تعداد بسیار زیاد دیگری درگیر کنند.

برای استفاده از این خوانشگر پلاسمونیک، یک نمونه سیال، برای مثال خون یا ادرار لازم است تا در سطح حسگر با استفاده از یک ریزتراشه یک‌بارمصرف  به کار برده شود. این سنسور سپس درون یک کارتریج قرار داده می‌شود که می‌تواند در داخل دستگاه جای‌گذاری شده و پس از آن به‌صورت خودکار اقدام به تجزیه‌وتحلیل نمونه آزمایشی می‌کند تا نتایج سنجش را به‌درستی ارائه دهد. این تیم تحقیقاتی عنوان می‌کند که چنین خوانشگر پلاسمونیکی می‌تواند به‌عنوان یک پیوست تلفن همراه به گونه‌ای طراحی شود تا علاوه بر کاهش هزینه‌ها، امکان استفاده از اتصال ابری ((cloud connectivity و همچنین قدرت محاسباتی گوشی‌های هوشمند را فراهم آورد.

اولین نویسنده این مطالعه ژاک بالارد، دانشجوی مهندسی برق و همکار بنیاد ملی علوم است. این پژوهش در ACS Nano منتشر شده است.

 

منبع:

https://phys.org/news/2017-02-smart-mobile-tool-diseases

Provided by: University of California, Los Angeles

Read more at: https://phys.org/news/2017-02-smart-mobile-tool-diseases.html#jCp

More from الهام اشرفی

ابزار سیار هوشمند برای تشخیص و درمان بیماری‌های وخیم

کد خبر: ۵۱۲۰۸۱ دهه‌های متوالی است که یافتن راه‌حل‌های عملی برای تشخیص...
مشاهده مطلب

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *