Канадские физики из Политехнической школы Монреаля разработали методику, позволяющую обнаруживать наличие вирусных инфекций при помощи спектроскопа. Для этого необходимо взять у пациента образец слюны, крови либо другой биологической жидкости, в которой может присутствовать патоген. Анализ выполняется в течение нескольких секунд, при этом нет необходимости в использовании расходных материалов. Исследование выполняется при участии системы искусственного интеллекта.
Одна из функций рамановского спектроскопа состоит в количественном измерении молекул, обладающих разной массой и присутствующих в образце. Кроме того, спектроскоп может показать их примерную структуру. Для этого изучаемый образец помещают под лазерный луч, после чего фиксируют изменения отражённого света. Точность метода чрезвычайно высока: он позволяет регистрировать разницу в отражении между молекулами разных веществ.
При изучении спектра отражённого света исследователи могут зафиксировать изменения в составе слюны или другой биожидкости без непосредственного контакта с материалом, при этом образец не разрушается и не изменяется. Рамановская спектроскопия – метод, который применяется экспертами-криминалистами для изучения следов, оставленных преступниками, а также искусствоведами для установления подлинности художественных произведений.
Физики из Монреаля попытались выделить особенности, присущие частицам коронавируса SARS-CoV-2, для их обнаружения при помощи рамановского спектроскопа. Основная сложность заключалась в чрезвычайно сложной белковой структуре вирусов, не позволяющей однозначно определять их наличие при помощи спектрального анализа. Однако задача была решена благодаря использованию возможностей современных нейросетей.
Запросив в клинике несколько сотен образцов слюны, взятых у больных коронавирусной инфекцией и у здоровых людей, учёные подготовили их для изучения при помощи спектроскопа. Параллельно эти же образцы были исследованы с применением стандартного ПЦР-теста. Полученные результаты были использованы, чтобы обучить искусственный интеллект распознаванию белков коронавируса.
Так была создана методика, позволяющая обнаруживать вирус SARS-CoV-2 у пациентов любого возраста и пола. Точность обнаружения варьирует от 75% до 84%, однако для проведения теста достаточно всего нескольких секунд. Кроме того, отпадает необходимость в изготовлении расходных материалов, т.е. существенно снижаются затраты на тестирование.
Учёные уверены, что продолжение исследований позволит существенно повысить точность анализа, так как система обучится устранять побочные эффекты, искажающие распознавание. Метод спектроскопирования в будущем позволит обнаруживать не только коронавирусы, но и другие вирусные патогены.
