Na Uniwersytecie Łódzkim powstaje przenośny wykrywacz bakterii i wirusów
Nad urządzeniem, które pomoże szybko i skutecznie wykryć w terenie rodzaj i stopień ryzyka zagrożeniami biologicznymi, pracują biolodzy z Centrum Zapobiegania Zagrożeniom Biologicznym Uniwersytetu Łódzkiego. HoloZcan posłuży do identyfikacji bakterii czy wirusów, w tym wirusa SARS-CoV-2.
Zagrożenia biologiczne to organizmy lub substancje pochodzenia organicznego (wirusy, bakterie, toksyny), które nieodpowiednio przechowywane (np. w laboratoriach) lub w znacznym stężeniu, mogą być niebezpieczne dla zdrowia czy życia ludzi i zwierząt. Mogą być wykorzystywane specjalnie, np. przez grupy terrorystyczne, lub − jak w przypadku rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych wśród uczestników wydarzeń − pojawiać się w dużych obiektach bez intencji zarażenia innych.
W każdym budynku mieszkalnym, transporcie zbiorowym czy miejscach użyteczności publicznej (np. stadion, hala widowiskowa) znane są procedury postępowania na wypadek pożaru. Nie wiadomo jednak, jak reagować, gdy w takich miejscach pojawi się ktoś zakażony niebezpieczną chorobą. Pokazuje to przykład ubiegłorocznego meczu Ligi Mistrzów Atalanta–Valencia, kiedy czynnik biologiczny, jakim był COVID-19, spowodował rozprzestrzenianie się epidemii wśród uczestników jednego wydarzenia. W takich przypadkach kluczowe znaczenie ma czas.
Służbom potrzebne jest urządzenie, które usprawni ich działania w terenie, gdzie liczy się czasem każda sekunda. Dzięki temu zwiększą się możliwości wykrywania i pomiaru czynników biologicznych poprzez opracowanie automatycznego i przenośnego systemu ich wykrywania umożliwiającego również ich automatyczną klasyfikacje – tłumaczy dr Marcin Niemcewicz, kierownik projektu HoloZcan.
Urządzenie, nad którym pracują biolodzy z Uniwersytetu Łódzkiego będzie przydatne podmiotom zajmującym się bezpieczeństwem – policji, wojsku, pracownikom pomocy humanitarnej, menedżerom ds. zarzadzania klęskami żywiołowymi, jak i zarządzania kryzysowego, osobom odpowiedzialnym za bezpieczeństwo publiczne czy infrastrukturę krytyczną.
HoloZcan oparty jest na technologii mikroskopii holograficznej, która umożliwia uzyskanie głębi ostrości oraz pozwala na szybkie obrazowanie w technologii 3D. W skrócie, obrazowanie opiera się podzieleniu wiązki laserowej na dwie składowe: wiązka sygnałowa (padająca bezpośrednio na obrazowany element) oraz wiązki referencyjnej. Powstający w ich wyniku hologram referencyjny umożliwi ominięcie procesu barwienia bakterii. Do software’u urządzenia wprowadzone zostaną obrazy przygotowanych z wykorzystaniem mikroskopii świetlnej cyfrowych zdjęć zarówno bakterii, jak również najczęściej spotykanych zanieczyszczeń (kurz, pyłki itd.). Będzie to tzw. proces uczenia urządzenia. Zostanie również stworzona baza danych bakterii oraz zanieczyszczeń.
Docelowo urządzenie w praktyce będzie w stanie na podstawie bazy danych oraz odpowiednich algorytmów, jak np. kształt, wielkość bakterii, rozróżnić ich rodzaj oraz odróżnić od najczęstszych zanieczyszczeń mikroskopii.
Wyniki będą otrzymywane w przeciągu 5–10 minut, co znacznie skróci i uprości proces detekcji patogenów przez służby reagowania kryzysowego oraz inne podmioty zajmujące się ogólnie pojętymi zagadnieniami bezpieczeństwa biologicznego – dodaje dr Marcin Niemcewicz z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego.
Jednostka od kilku lat prowadzi współpracę ze służbami i instytucjami z całego świata w obszarze bezpieczeństwa obiektów dzięki powołanemu do tego celu Centrum Zapobiegania Zagrożeniom Biologicznym. Do realizacji projektu Deep Learning Powered Holographic Microscopy for Biothreat Detection on Field (Zastosowanie mikroskopii holograficznej do polowej identyfikacji zagrożeń biologicznych) zaangażowano dziewięciu partnerów, w tym m.in. Politechnikę Mediolańską oraz Instytut Pasteura.
Przedsięwzięcie finansowane jest w ramach programu Horyzont 2020. Wartość projektu to prawie 4,4 mln euro, z czego 611,5 tys. euro przypadło Uniwersytetowi Łódzkiemu. Zakończenie prac planowane jest w czerwcu 2024 roku.
