حسگر جدید کاغذی نشانگرهای حمله قلبی را در تنها ۱۵ دقیقه تشخیص می‌دهد
حملات قلبی یکی از علل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان هستند. تشخیص زودهنگام نقش بسیار مهمی در نجات جان انسان‌ها دارد. با این حال، تست‌های استاندارد آزمایشگاهی ممکن است زمان‌بر و پرهزینه باشند.
برای مقابله با این مشکل، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس حسگر کم‌هزینه‌ای کاغذی برای تشخیص یک نشانگر برای حملات قلبی توسعه داده‌اند.
توسعه‌دهندگان می‌گویند که هدف از طراحی این حسگر ارائه نتایج سریع در تنها ۱۵ دقیقه است.
آیدوگان اوزکان، نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: «ما از معرفی این راه‌حل کم‌هزینه و قابل حمل که فاصله بین تشخیص‌های آزمایشگاهی مرکزی و تست‌های نقطه مراقبتی را می‌پوشاند، بسیار خوشحالیم.»
اوزکان افزود: «پلتفرم کاغذی ما که با یادگیری عمیق قدرت‌یافته، جایگزین مؤثری برای ابزارهای حجیم و گران‌قیمت فعلی در بیمارستان‌ها ارائه می‌دهد. این سیستم وعده‌ا‌ی برای عرضه تشخیص‌های پیشرفته قلبی به جمعیت‌های محروم در سراسر جهان دارد.»
قدرت‌یافته توسط الگوریتم‌های یادگیری عمیق
پژوهشگران یک آزمایش جریان عمودی کاغذی (VFA) طراحی کرده‌اند. این آزمایش تروپونین I قلبی (cTnI)، پروتئینی که هنگام آسیب به عضله قلبی آزاد می‌شود، را تشخیص می‌دهد.
این پلتفرم نوآورانه ترکیبی از دو فناوری قدرتمند است: الگوریتم‌های یادگیری عمیق و شیمی تقویت‌گر نانوذره‌ای پیشرفته. در این پلتفرم، الگوریتم‌ها برای تحلیل تصاویر ضبط شده توسط سیستم VFA و افزایش تشخیص cTnI استفاده می‌شوند.
به طور جالبی، حسگر قابلیت دستیابی به حد تشخیص به کمترین میزان 0.2 پیکوگرم بر میلی‌لیتر (pg/mL) را دارد.
پژوهشگران بیان می‌کنند که حساسیت استثنایی این پلتفرم بسیار بیشتر از دستگاه‌های موجود در نقاط مراقبتی است. این ابزار «نیازهای کلینیکی» برای تشخیص مقادیر بسیار کم پروتئین تروپونین در جریان خون را پوشش می‌دهد. این تشخیص دقیق می‌تواند راهی برای تشخیص زودهنگام انفارکتوس حاد میوکارد (AMI)، یا حمله قلبی باز کند.
کم‌هزینه
سیستم hs-VFA در دو مرحله عمل می‌کند. در مرحله ایمنی سنجی، آزمون پروتئین cTnI در نمونه خون را شناسایی می‌کند. برای این کار، از ذرات کوچک طلا متصل به سایر مولکول‌ها برای اتصال به پروتئین cTnI استفاده می‌شود.
در مرحله دوم، مرحله تقویت سیگنال، ذرات طلا یک واکنش شیمیایی را تحریک می‌کنند که باعث تغییر رنگ می‌شود. سپس یک دستگاه قابل حمل ویژه تصاویر این تغییر رنگ را ضبط می‌کند.
الگوریتم‌های یادگیری عمیق برای تحلیل این تصاویر و افزایش حساسیت و دقت آزمون استفاده می‌شوند.
تیم تحقیقاتی دریافت که نتایج آزمون hs-VFA بسیار مشابه نتایج آزمون‌های استاندارد آزمایشگاهی است. این نشان‌دهنده قابلیت اطمینان آزمون hs-VFA بود.
همچنین، این سیستم می‌تواند سطوح مختلف cTnI، از بسیار کم تا بسیار بالا (0.2 pg/mL تا 100 نانوگرم بر میلی‌لیتر (ng/mL)) را تشخیص دهد.
از نظر هزینه، آزمون کاغذی کمتر از ۴ دلار برای هر آزمون قیمت دارد، در حالی که دستگاه خواندنی قابل حمل آن حدود ۱۷۰ دلار برای هر واحد هزینه دارد. این قیمت ارزان ممکن است برای محیط‌های با منابع محدود ارزشمند باشد.
گئو-رو هان، نویسنده اول این مطالعه و پژوهشگر پسادکتری در UCLA، گفت: «هدف ما طراحی سیستمی بود که نه تنها در بیمارستان‌ها بلکه در کلینیک‌ها، داروخانه‌ها و حتی در آمبولانس‌ها نیز قابل استفاده باشد.»
هان افزود: «توانایی تشخیص و کمیت‌یابی سریع سطوح تروپونین در محیط‌های مختلف می‌تواند درمان سریع‌تر و مؤثرتری از بیماران حمله قلبی ، به‌ویژه در فاز بحرانی مراقبت‌های قبل از بیمارستان، ممکن کند.» در بیانیه مطبوعاتی افزود.
این یافته‌ها در مجله ACS Nano. منتشر شده است.
