本文提出一種手持式對流 PCR 系統(tǒng)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn) 8 樣本病原體檢測。針對熒光曲線多樣性，將機(jī)器學(xué)習(xí)用于檢測結(jié)果陰陽性判定，提升了其檢測性能。

對流 PCR 原理見熱對流PCR簡述如圖 1 所示，由聚碳酸酯通過注射成型的光滑試管作為反應(yīng)容器，反應(yīng)液配置完成后將 8個(gè)反應(yīng)管放入裝置。

圖 1

如圖 2 所示，裝置尺寸為70 x 70 x 130 mm，由控制器模塊、加熱模塊、光學(xué)檢測模塊、藍(lán)牙模塊和智能手機(jī)模塊組成。

圖2

智能手機(jī)與該裝置通過藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。智能手機(jī)端接收到熒光數(shù)據(jù)后進(jìn)行圖像重構(gòu)以及后續(xù)用于機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行陰陽性分類識別。

除了智能手機(jī)，該裝置還可以通過機(jī)身按鈕控制反應(yīng)進(jìn)行，并通過 LCD 實(shí)時(shí)顯示曲線。兩種方式相互獨(dú)立。

儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。在毛細(xì)管頂部放置 8 個(gè)發(fā)光二極管，經(jīng)濾光片后激發(fā)毛細(xì)管內(nèi)的熒光探針信號。

圖 3

采用 16 根光纖分別從側(cè)壁、底部采集 8 個(gè)單元的熒光信號，并將其傳至相機(jī)鏡頭前。鏡頭捕捉到圖像后，首先識別反應(yīng)區(qū)的邊界，得到邊界內(nèi)平均灰度值，減去背景灰度值，表示相對熒光信號強(qiáng)度。

如圖 4 所示，作者探究了底部與側(cè)壁采光時(shí) LED 不同發(fā)光時(shí)間的相對熒光曲線。

發(fā)現(xiàn)當(dāng)LED間隔發(fā)光時(shí)，熒光強(qiáng)度無明顯變化；當(dāng)LED常亮?xí)r，熒光強(qiáng)度呈下降趨勢。即無論從底部采光還是側(cè)壁采光，LED 常亮均會導(dǎo)致熒光值下降。

同時(shí)驗(yàn)證了底部采光時(shí)的檢測一致性明顯優(yōu)于側(cè)壁采光。

圖 4

由于毛細(xì)管內(nèi)部熱對流反應(yīng)機(jī)理、復(fù)雜的熱動力學(xué)、溫度控制等導(dǎo)致的局部熱對流的不均勻性，導(dǎo)致部分陽性和陰性樣本的熒光曲線高度相似。

圖 5

如圖 5 所示，本文將機(jī)器學(xué)習(xí)與 Ct 值相結(jié)合實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果陰陽性判定。相比于傳統(tǒng) Ct 值，該方法可將檢測結(jié)果準(zhǔn)確率提升至 97.5% 。

審核編輯：劉清