智能生物传感器结合NMR和AI技术改进传染病诊断

Intelligent biosensor combines NMR and AI to improve infectious disease diagnostics

在抗击传染病的斗争中，快速而准确的诊断是有效治疗和控制的关键。国际伊比利亚纳米技术实验室（INL）的研究人员开发了一种突破性的生物传感器，该传感器结合了尖端的核磁共振（NMR）技术和人工智能。这种便携式设备不仅加快了诊断速度，还提供了详细的免疫反应信息，为即时诊断开辟了新的可能性。

这项研究由Juan Gallo和Weng Kung Peng领导，并发表在《生物传感器与生物电子学》杂志上（"用于精确疾病管理的双智能多路复用传感器与便携式NMR"）。研究表明，这种创新方法可以比传统方法更快、更准确地检测病毒感染并监测患者的恢复情况，所有这些都在一个紧凑且用户友好的系统中实现。

该技术使用专门设计的磁性纳米颗粒来检测病毒颗粒及其在体内引发的免疫反应。当这些纳米颗粒与小生物样本中的目标分子结合时，会引起样本磁性特性的可测量变化。这些变化被便携式NMR系统捕获，并通过机器学习模型转化为有意义的诊断信息。

“这个系统的独特之处在于它能够提供患者状况的完整图景，”Juan Gallo解释说。“它不仅能告诉你某人是否感染了病毒——还可以帮助确定他们是在早期阶段、正在恢复还是已经具有免疫力。而且这一切都是在一个快速、便捷且便携的平台上完成的。这是首次在基于NMR的系统上展示这种多路复用能力。”

研究团队使用COVID-19样本验证了该系统，实现了高精度率和一致的结果。他们还展示了该传感器可靠测量免疫标记物（如抗体）的能力，确认了其在诊断和持续监测患者恢复方面的潜力。

这种双重检测策略——同时识别病毒抗原和抗体——提供了比典型快速测试更全面的临床信息。它使医疗保健提供者能够区分活动性感染和过去暴露，评估患者的免疫状态，并做出更好的治疗和隔离决策。

虽然这项研究专注于SARS-CoV-2，但该平台的设计是可适应的。未来的版本将扩展其检测能力以覆盖其他病原体，并通过区分不同的免疫反应来增强抗体分析。具体来说，虽然当前系统测量的是总抗核衣壳抗体，但未来的发展旨在区分IgM和IgG抗体——这些标记物分别指示近期或正在进行的感染以及过去的感染或免疫力。这一进展将提供关于免疫反应阶段和进展的更详细见解。

“这不仅仅是一个诊断工具，”Juan Gallo总结道。“它是朝着更智能、响应更快的医疗系统迈出的一步，特别是在时间、精度和可访问性至关重要的情况下。”

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