مقدمة

في الوقت الحاضر ، أمراض الجهاز التنفسي السائدة في الصينمسببات الأمراض المختلفةسبببما في ذلك البكتيريا الميكوبلازما、فيروس الإنفلونزاأخذو نوع جديد و التاج والفيروسات التي تسبب وباء في جميع أنحاء العالم . وبالنظر إلى الجهاز التنفسيمرض .مع ارتفاع معدل انتقال العدوىسريعميزاتو مختلفةهناك فرق كبير في الأعراض والعلاج من التهابات الجهاز التنفسي الناجمة عن مسببات الأمراض .انتشار المرضوسائل هامة . على الرغم من أن الأساليب التقليدية لديها مزايا واضحة من حيث الدقة والوزن ، فإنه لا يمكن تلبية الاحتياجات الفعلية من التجارب السريرية بسبب عملية معقدة ، تستغرق وقتا طويلا ، والمخاطر المرتبطة بالسلامة البيولوجية . في الوقت الحاضر ، أساليب الكشف الرئيسية تشمل الكشف عن الحمض النووي والمناعة الكشف ، ولكن هذه الأساليب تتطلب معدات المختبرات المتخصصة ، والمشغلين بحاجة إلى التدريب المهني ، وتكلفة عالية نسبيا ، في حين أن الكشف عن دورة طويلة نسبيا，غير قادر على تلبية الزيادة السريعة في الجهاز التنفسيعينة من المرضالحاجة الملحة على نطاق واسع الكشف الميداني，ولذلك ، هناك حاجة ملحة إلى تطوير نوع جديد من تكنولوجيا الكشف عن الفيروس التنفسي .

عندما يكون الضوء المشع على المسألة ، تشتت الضوء مع تغيير الطول الموجي يسمى تشتت رامان . السبب في تغيير الطول الموجي هو أنه بعد نقل الطاقة بين الفوتون والجزيئات المشع，ومع ذلك ، عندما تشتت رامان من الفوتونات على مواد مختلفة ، ونقل الطاقة من الفوتونات على مواد مختلفة مختلفة ، يمكن تحديد نوع من المواد المشع على وجه التحديد . سطح تعزيز رامان الطيفي ، سيروس( أ )سيرسوعلى أساس مشترك تشتت رامان ، المواد المشعالامتزاز أو الانضمامعلى سطح خشن من المعادن النبيلة ، كثافة إشارة رامان هو زيادة كبيرة . على أساس تحليل غير تدميري التقليدية تشتت رامان ، لا تتأثر مكونات الماء ، لا تحتاج إلى معالجة معقدة من العينات ، سريع سرعة الكشف ، ويمكن إجراء تحليل في الموقع باستخدام أداة محمولة ، السرس التكنولوجيا لديها حساسية أعلى ، ويمكن أن تصل إلى مستوى واحد في الكشف عن بعض الظروف . من خلال تحليل العينات البيولوجية للمريض ، تقنية يمكن بسرعة الكشف عن بعض الواسمات الجزيئية ، وبالتالي تحديدمحددةالممرض . فائدة نموذج يمكن أن تساعد المهنيين الطبيين لجعل التشخيص الدقيق في وقت سابق ، وتوفير المزيد من الوقت المناسب و العلاج الفردي للمرضى . من خلال تقصير وقت التشخيص والحد من عملية معقدة من الفحص التقليدية ، طريقة الاختبار السريع من المتوقع أن تلعب دورا رئيسيا في الوقاية من الأمراض المعدية ومكافحتها ، وتحسين الكفاءة الطبية ، والحد من العبء الطبي ، وتوفير المزيد من الدعم الفعال لعلاج أمراض الجهاز التنفسي .

تطبيق التكنولوجيا في الكشف عن السرس و التاج و المرض و الفيروسات ( covid & 19 )

جديد & نوع & التاج & مثل الفيروس هو الفيروس التاجي السابع الذي يصيب الإنسان .ومعولذلك ، من الضروري وضع طريقة جديدة بسرعة فائقة وحساسية عالية للكشف عن الأمراض المعدية . ليون وآخرون تصميم المحمولة الجديدة & التاج & فيروس على أساس تكنولوجيا السرس . ثلاثة أنواع من رقائق متكاملة في الصك ، و 2-mercaptobenzoic حمض 4-mercaptopyridine و أدينوسين ثلاثي الفوسفات ( ATP ) تم تحميلها على التوالي . هذه السرس يدقق في جزيئات ثابتة على سطح الفضة النانوية . في عملية الكشف عن الموضوع زفر الجهاز حوالي 10 ثوان ، لأن الرواية و التاج و فيروس مثل العلامات البيولوجية في زفير تتفاعل كيميائيا مع أجهزة الاستشعار ، رد فعل المركبات يمكن وصفها من خلال تغيير السرس إشارة . من أجل الكشف عن فيروس الورم الحليمي البشري الجديد و التاج و فيروس الورم الحليمي البشري في المستشفيات والمطارات ، ليون وآخرون أظهرت النتائج أن معدل الإيجابية الكاذبة من هذا الأسلوب هو 3.8 في المائة و 0.1 في المائة . مقارنة مع تفاعل البلمرة المتسلسل ( PCR ) ، هذا الأسلوب هو أكثر دقة وأقل تكلفة . وتجدر الإشارة إلى أن الجهاز لا يمكن الكشف عن التغيرات في أنواع المركبات العضوية المتطايرة من المصادر البيولوجية ، ولكن أيضا يمكن أن تستخدم للكشف عن أنواع أخرى من التهابات الجهاز التنفسي الفيروسية .

الشكل 1 تصميم نظام التعرف على الأفراد المصابين بأمراض التاج و السم على أساس المركبات العضوية المتطايرة في الجهاز التنفسي .

تطبيق التكنولوجيا في الكشف عن فيروس الانفلونزا السرس

فيروس الانفلونزا لديها أعلى معدل العدوى و الاختلاف ، قد يؤدي إلى وباء موسمي ، أو حتى يؤدي إلى وباء عالمي ، مما يشكل عبئا ثقيلا على الصحة العامة . ولذلك ، هناك حاجة ملحة إلى دراسة دقيقة وسريعة طريقة الكشف عن فيروس الأنفلونزا ، من أجل منع انتشاره من خلال الكشف في الوقت المناسب وبدقة قبل اندلاع الانفلونزا . تشن et al . ، وضعت على أساس ثنائي وضع سطح تعزيز رامان نثر ( سيروس ) أبتمر الاستشعار التي يمكن في الوقت نفسه تشخيص دقيق و التفريق بين الجديد و التاج و المرض و الفيروسات و الأنفلونزا H1N1 . في هذه التكنولوجيا ، الحمض النووي أبتمر انتقائية ملزمة سارس - 2 و H1N1 الأنفلونزا هي ثابتة على شكل الفشار الذهب النانوية . رامان مراسل الجينات ( CY3 و RRX ) ، تعلق على الحمض النووي أبتمر ، يمكن أن تنتج إشارات قوية السرس في nanospaces الذهب النانوية . وفي الوقت نفسه ، معيار داخلي رامان مراسل الجينات ( 4-mba ) جنبا إلى جنب مع أبتمر الحمض النووي يجمد على الذهب النانوية للحد من الأخطاء الناجمة عن التغيرات البيئية . عندما سارس - 2 أو فيروس الإنفلونزا أ يقترب من قاعدة الذهب النانوية ، الحمض النووي ذات الصلة يمكن أن تكون معزولة بشكل انتقائي من قاعدة بسبب تقارب ملزم بين الحمض النووي الأبتامرات والفيروسات . ولذلك ، مع زيادة تركيز الفيروس المستهدف ، المقابلة السرس كثافة انخفض تدريجيا . الحمض النووي أبتمر الاستشعار على أساس السرس يمكن بسرعة تحديد ما إذا كان المريض المشتبه به قد أصيب سارس - 2 أو الأنفلونزا ، في حين أن الهدف من تركيز الفيروس يمكن تقييمها كميا مع حساسية عالية ، لا تتأثر عبر رد الفعل .

الشكل 2( أ ) الأعراض التي تحدث عند الإصابة بمرض السارس - 2 أو الأنفلونزا A ، وكذلك RT-PCR ومجموعات المستضدات السريعة للتشخيصن( ب ) الفشارشكل الذهبصور SEM الصور من ركائز نانون( ج ) الفشار الثابت المزدوج أبتمر للكشف عن الفيروسشكلالذهب نانوقاعدةمبدأ العمل .

تطبيق تقنية السرس في الكشف عن العدوى البكتيرية

العدوى البكتيريةنعمالسبب الرئيسي للوفاة هو قتل 6.7 مليون شخص سنويا في البلدان المتقدمة النمو والبلدان النامية على حد سواء . كما أن تكاليف علاج هذه الإصابات مرتفعة ، إذ تمثل 8.7 في المائة من الإنفاق السنوي على الرعاية الصحية في الولايات المتحدة وحدها ، أو 33 بليون دولار . طرق التشخيص الحالية تتطلب عينة الثقافة للكشف عن البكتيريا و حساسية المضادات الحيوية ، وهي عملية بطيئة ، حتى في المختبر قد يستغرق عدة أيام . المضادات الحيوية واسعة الطيف عادة ما توصف في انتظار نتائج الثقافة ، وفقا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها ، أكثر من 30 ٪ من المرضى يتلقون العلاج غير المرغوب فيه . ولذلك ، من الضروري أن تكون سريعة وغير مثقف طريقة جديدة لتشخيص العدوى البكتيرية ، بحيث يمكن أن يكون في وقت سابق من وصف المضادات الحيوية المستهدفة والمساعدة في الحد من مقاومة المضادات الحيوية . رامان الطيفي لديه القدرة على التعرف على أنواع من البكتيريا و مقاومة المضادات الحيوية ، عندما جنبا إلى جنب مع الطيف متحد البؤر ، يمكن تحليل الخلايا البكتيرية واحدة مع الطاقة الميكانيكية . مختلف الظواهر البكتيرية فريدة من نوعها وفريدة من نوعها التركيب الجزيئي ، مما يؤدي إلى اختلاف طفيف في أطياف رامان . ومع ذلك ، بسبب انخفاض كفاءة رامان نثر^قتشتت احتمال ) ، هذه الفروق الطيفية خفية يمكن بسهولة إخفاء الضوضاء في الخلفية . ولذلك ، فإنه يحتاج إلى نسبة الإشارة إلى الضوضاء عالية لتحقيق الاعتراف عالية الدقة ، وعادة ما يستغرق وقتا طويلا لقياس ، وهذا يعيق تطوير تدفق عالية خلية واحدة التكنولوجيا . وعلاوة على ذلك ، فإن عدد كبير من الأنواع ذات الصلة سريريا ، والسلالات ، وأنماط مقاومة المضادات الحيوية تتطلب مجموعة شاملة من البيانات التي لم يتم جمعها في الدراسات التي تركز على التمييز بين الأنواع المعزولة أو حساسية المضادات الحيوية . هو وآخرون مواجهة هذا التحدي من خلال الجمع بين تقنية السرس الإلتواء تدريب الشبكة العصبية ، وتصنيف السرس الطيف من خلال العزلة ، العلاج التجريبي و مقاومة المضادات الحيوية .

الشكل 3الإلتواء الشبكة العصبيةسيرسالتعرف على البكتيريا في الطيف .

موجز

جنبا إلى جنب مع التقدم في تكنولوجيا السرس ، هناك ثلاثة أنواع من تطبيق الأفكار في مجال الكشف عن : ( 1 ) تسلسل الحمض النووي والأجسام المضادة محددة تعلق على سطح جسيمات متناهية الصغر ، وبناء السرس التسمية ، وبالتالي تحقيق دقة الكشف عن فيروسات الجهاز التنفسي في مجمع السوائل في الجسم . ( 2 ) استخدام نوع جديد من تعزيز قاعدة إعداد التكنولوجيا ، وجعل " الساخنة " بين حجم الجسيمات النانوية أكثر مناسبة لأنّ الجسيمات الفيروسية ، وتحسين كفاءة الكشف ، وخفض التكاليف ، وفي الوقت نفسه تجنب اللعاب والدم وغيرها من الخلفية البيولوجية تدخل على نتائج الكشف . ( 3 ) جنبا إلى جنب مع غيرها من تقنيات الكشف ، مثل السرس كروماتوجرافيا الغاز ، السرس تعزيز ركائز يتم تجميعها على الألياف البصرية عالية الحساسية للكشف عن أجهزة الاستشعار . وبالإضافة إلى ذلك ، جنبا إلى جنب مع السرس و استشعار البلازما يمكن استخدامها في الكشف عن كمية من الجزيئات الحيوية التفاعل مع حساسية عالية . السرس التكنولوجيا يتغلب على ضعف إشارة رامان الطيفي ، ويوفر هيكل المعلومات التي يصعب الحصول عليها .

السرس التكنولوجيا قد أحرزت تقدما كبيرا في الكشف عن مسببات الأمراض التنفسية . ومع ذلك ، من أجل دراسة وتشخيص فيروسات الجهاز التنفسي أكثر شمولا وعمقا ، والباحثين عادة استخدام المجهر متحد البؤر رامان الطيفي . هذا الجهاز يجمع بين خصائص ليزر متحد البؤر المسح المجهري رامان الطيفي ، ويوفر مزايا فريدة من نوعها للكشف عن أمراض الجهاز التنفسي المسببة السرس :

ارتفاع القرار المكانية : ليزر متحد البؤر المجهري رامان الطيفي عالية القرار التصوير ، يمكن أن نلاحظ على نطاق المجهرية المجهرية من العينة . في الكشف عن مسببات الأمراض التنفسية ، وارتفاع القرار المكانية يمكن أن تساعد الباحثين على تحديد ومراقبة دقيقة الجسيمات الفيروسية أو هيكل الخلية .

عمق الحصول على المعلومات : المجهر متحد البؤر رامان الطيفي يمكن تحقيق التصوير ثلاثي الأبعاد ، وتوفير المعلومات الداخلية عمق العينة للباحثين . هذا أمر بالغ الأهمية لفهم توزيع وتفاعل مسببات الأمراض على مختلف المستويات الخلوية ، مما يساعد على فهم أكثر شمولا من تطور أمراض الجهاز التنفسي .

في الوقت الحقيقي رصد : المجهر متحد البؤر رامان الطيفي يمكن أن تتبع التغيرات الدينامية من مسببات الأمراض في العينات . في دراسة أمراض الجهاز التنفسي ، في الوقت الحقيقي رصد يمكن أن تساعد الباحثين على فهم دورة حياة الفيروس ، عملية العدوى ، وفعالية التدخل العلاجي .

الحد من التدخل في الخلفية : التركيز المجهري رامان الطيفي يمكن أن تقلل من التدخل في الخلفية إشارة من خلال التحكم بدقة التركيز . هذا أمر مهم جدا في الكشف عن حساسية عالية السرس في عينات بيولوجية معقدة لضمان دقة وموثوقية الكشف عن النتائج .

atr8800 سلسلة مايكرو رامان الطيفيمايكرو رامان منصة الكشف يجعل من الممكن أن " ما تراه هو ما يقاس " ، البصرية لتحديد المواقع بدقة رامان منصة الكشف ، مما يجعل من الممكن بالنسبة للمراقبين للكشف عن إشارات رامان من مختلف الدول على سطح العينة ، عرض متزامن من الكشف عن موقف على جهاز الكمبيوتر ، مما يسهل إلى حد كبير الكشف عن رامان الصغيرة في المنطقة .

اتر 8800سلسلة كاملة يمكن أن يكون التركيز التلقائي ، التلقائي بالكامل المسح الضوئي ، مفتاح واحد العملية ، يمكن أن تحمل على دفعة التجربة ، التوحيد ، المسح الضوئي ، وما إلى ذلك ، لا تحتاج إلى الانتظار ، ويمكن الحصول على موثوقية عالية المسح والتصوير رامان البيانات .

اتر 8800atr8800 مجهز أيضا عدسة الهدف مصممة خصيصا نظام رامان ، مما يجعل من بقعة الليزر على مقربة من حيود الحد ، ثم التركيز على المعلومات بدقة وبديهية عرضها على الكمبيوتر من خلال 5 مليون كاميرا . فائدة نموذج يتغلب على مشكلة أن المستوى البؤري جمع إشارة رامان هو أعلى قليلا أو أقل قليلا من المستوى البؤري الحقيقي في العام نظام رامان ، وبالتالي تحسين نوعية الطيف رامان .

اتر 8800هذه الطريقة يمكن أن تحل تماما فقدان المسار في التصوير ، وتحقيق الفصل بين التصوير و جمع إشارة رامان ، وبالتالي الحصول على قوة الإشارة . وفي الوقت نفسه ، atr8800 يستخدم عالية الأداء رامان ، والتي هي مصممة خصيصا لتحسين نظام مايكرو رامان ، سواء كانت حساسية ، نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، والاستقرار ، وما إلى ذلك ، هي الرائدة في مجال الصناعة و المستوى المتقدم ، الذي يوفر ضمانة قوية رامان البحث .

المراجع :

جيانغ هنغ ، تشانغ زهي جيانغ شين ملخص , et al . التقدم في دراسة سطح تعزيز رامان الطيفي للكشف عن فيروسات الجهاز التنفسي [ ي ] . طب المختبرات السريرية ، 2023 ، 20 ( 14 ) : 2096-2099 .

ليونغ، شي شوان، وآخرون. 'تحليل التنفس القائم على تشتت رامان غير الغازي والمعزز على سطح نقطة الرعاية (SERS) للفحص الجماعي لمرض فيروس كورونا 2019 (COVID&-19) في أقل من 5 دقائق'. ACS نانو 16-2 ( 2022 ) : 2629-2639 .

Chen, Hao, et al. 'SERS-based dual-mode DNA aptasensors for rapid classification of SARS-CoV-2 and influenza A/H1N1 infection. '
أجهزة الاستشعار والمشغلات ب: الكيميائية
355 ( 2022 ) : 131324 .

Ho, Chi-Sing, et al. التعرف السريع على البكتيريا المسببة للأمراض باستخدام طيف رامان والتعلم العميق. ' الاتصالات الطبيعية 10-1 ( 2019 ) : 4927 .