研究 IF:7.4:ERA技术基于一种集成医疗物联网的多通道荧光等温扩增装置，通过深度学习
背景：
在全球范围内，大流行病的流行率不断上升，标志着由病原体引起的传染病激增。这些疾病在短时间内加速传播，不仅对全球民众的福祉构成重大威胁，并可能对经济稳定构成威胁。
即时检测(POCT)等温放大技术的出现，诊断评估的格局经历了范式转变。紧凑型便携式等温放大设备的发展进一步强调了它们对诊断方法的变革性影响。然而，在优先考虑便携性的同时，这些设备可能会表现出功能上的局限性，导致它们在病原体突然爆发期间解决紧急公共卫生紧急情况的效率较低。本文制造了一种高效的等温荧光放大装置，用于在公共卫生危机期间快速检测病原体。该设备具有多通道功能，可同时检测各种目标，与医疗物联网(IoMT)集成以进行远程控制和数据上传，并包含基于深度学习的批处理系统，可快速（9.4 ms）准确识别病原体具有出色的准确性。通过多重RPA法和CRISPR/Cas12a介导的核酸检测，该设备已成功用于在35 min内同时检测金黄色葡萄球菌(SA) 和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)，检测限分别为18CFU/mL(SA)和20CFU/mL (MRSA)。
研究内容：
构建一种便携式多通道等温可视化荧光装置，通过多通道功能、医疗物联网(IoMT)集成和基于深度学习算法的快速结果批处理系统相结合，提高等温扩增的效率和速度，以满足大规模检测的要求。通过多重RPA法和CRISPR/Cas12a介导的核酸检测法，成功地在35 min的检测时间内同时检测SA和MRSA。
项目解析：
图示：已研制的便携式多通道等温可视化荧光装置的外观和结构。(a)已开发设备的数码照片，设备的(b)内部结构，设备及其尺寸的(c)爆炸视图，以及使用YOLOv8进行批量处理的(d)流程图。
图示：荧光强度与(a) SA和(b) MRSA浓度的关系。绿色荧光信号由本发明装置通过多重RPA检测产生，红色荧光信号由本发明装置分别通过CRISPR/Cas12a介导的核酸检测产生。
图示：(a)平均精度(mAP)随时间变化的图。(b)100时绿色正、红色正和所有类别的Precision-Recall曲线，以及相应的mAP@0.5。(c)表示训练模型准确性的混淆矩阵;“G”表示绿色阳性管，“R”表示红色阳性管，“BG”表示背景。
图示：(a)设备上多重RPA法和CRISPR/Cas12a介导核酸检测法获得的12份临床样品荧光信号热图。混淆矩阵用于(a) qPCR和(b)快速结果批处理系统的结果比较;“S”代表SA加标血液样本，“M”代表MRSA加标血液样本，“U”代表未加标血液样本。
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本次，研究团队在设计多重RPA反应中，采用苏州先达基因科技有限公司自主开发的ERA技术（Enzymatic Recombinase Amplification，酶促恒温扩增技术），将20μL的增溶剂与10 μL引物，10 μL模板DNA，8μL的H₂O在200 μL中混合到PCR管。随后，加入2 μL的ERA激活剂和在38°C下孵育20 min，获得的最终产品NUC和MecA片段用稀释的SYBR染色绿色I（1×）用于466nm激发下的视觉检查光记录每个样品的荧光强度。
