东北大学杨婷团队: 机器学习辅助传感器阵列鉴定病原体进展综述

学术   2024-11-14 10:45   中国香港  

背景介绍

病原菌可通过空气、水和食物传播,与人类日常生活密切相关,也对人类健康构成重大威胁。抗生素通过抑制细菌细胞壁合成、破坏蛋白质合成等多种机制抑制细菌生长或杀灭细菌,但其滥用或误用导致了抗菌素耐药性细菌的产生。因此,细菌快速鉴定,尤其是耐药菌的鉴定,对于精确指导细菌感染治疗,减缓细菌耐药性演变至关重要。

基于模拟动物嗅觉设计的传感器阵列因其响应速度快,灵敏度高等优点而备受关注。传感器阵列通常由多个能够识别目标物的识别元件构建而成,能够敏感地识别多种目标物之间的细微差异并将这些差异转换为输出信号。通过适当的机器学习算法对数据进行处理,实现不同目标物的分类。

研究简介

近日,东北大学杨婷教授结合课题组近年来在传感器阵列领域的系列进展,从传感器阵列设计策略的角度出发,对近五年来国内外用于细菌鉴定的传感器阵列方法进行了综述。目前,研究者大多根据不同细菌内在性质及表面性质差异两方面展开传感器阵列的设计。基于表面性质差异构建传感器阵列主要利用细菌表面电荷或亲疏水性质差别,或细菌表面某类碳水化合物、蛋白质等特定生物标志物的种类及含量差别。而内在性质差异则通过细菌代谢产物种类含量差异、代谢标记及生物合成等方式体现。文章详细介绍了基于两种策略构建传感器阵列的原理、相关研究进展及各自优缺点。同时,由于传感器阵列通常由多个传感器单元构建,产生大量高维数据,可读性差,将机器学习与传感器阵列相结合可以提取更有价值的信息。该综述还从聚类方法和分类方法两个方面对机器学习算法在传感器阵列中的应用进行了介绍。最后,作者对用于微生物鉴别的传感器阵列存在的问题及未来发展趋势进行了总结和展望。
  • Figure. 基于细菌的内在和外在特性构建的细菌识别传感器阵列的识别机制概述。注:VOCs:挥发性有机化合物;N-VOCs:非挥发性有机化合物;D-AA-X: D-氨基酸-标签;Van:万古霉素;AMPs: 抗菌肽。AIE:聚集诱导发光体;VIE:振动诱导发光体。

该成果以 “Recent advances in sensor arrays aided by machine learning for pathogen identification”(《机器学习辅助传感器阵列鉴定病原体进展综述》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Sensors & Diagnostics 上。

论文信息

  • Recent advances in sensor arrays aided by machine learning for pathogen identification

    Xin Wang, Ting Yang * and Jian-Hua Wang杨婷,东北大学)

    Sens. Diagn., 2024, 3, 1590–1612
    https://doi.org/
    10.1039/D4SD00229F

作者简介

王欣 博士研究生‍‍‍‍‍

东北大学

本文第一作者,2020 年毕业于山东理工大学化学工程与技术专业,获学士学位。现为东北大学杨婷课题组博士生,研究方向主要集中于基于代谢标记的细菌检测方法的构建,以及抗生素耐药性细菌的快速检测。





杨婷 教授

东北大学

本文通讯作者,现任东北大学理学院教授,博士生导师。曾获辽宁省优秀青年基金项目及辽宁省“兴辽英才”青年拔尖人才计划资助。2014 年毕业于东北大学,导师为王建华教授。其研究主要集中在面向液体活检的亲和分离分析。

期刊介绍

Critical advances in sensors and their application to monitoring and medical diagnostics

rsc.li/sensors

Sensors & Diagnostics

2-年影响因子*3.5
5-年影响因子*3.5
JCR 分区*Q3 化学-分析
CiteScore 分2.3
中位一审周期33 


Sensors & Diagnostics 致力于成为传感与诊断领域的优质出版平台,发表高影响力的创新性研究工作,包括新型的材料、新颖的检测原理以及对已有装置的重大改进等。这些工作的应用范围十分广泛,囊括生物医学、药物开发、环境、食品、医学、安保和安防等等。所发表的工作需能获得相关领域研究人员的广泛关注,在必要时还应开展原位或实际的样品检测。作为一本金色开放获取的期刊,读者可免费获取论文的全文,同时从该刊发布起到 2024 年年中免收论文发表费用。

Editors-in-Chief

  • Xueji Zhang (张学记)
    🇨🇳 深圳大学

Associate editors

  • Carlos D. Garcia
    🇺🇸 克莱门森大学

  • Wei Gao (高伟)
    🇺🇸 加州理工学院

  • Ali Yetisen
    🇬🇧 伦敦帝国理工学院

  • Quan Yuan (袁荃)
    🇨🇳 湖南大学

  • Mei Tian (田梅)
    🇨🇳 复旦大学

Editorial board members

  • Lisa Hall
    🇬🇧 剑桥大学

  • Sahika Inal
    🇸🇦 阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST)

  • Guozhen Liu (刘国珍)
    🇨🇳🇭🇰 香港中文大学(深圳)

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

 CiteScore 2023 by Elsevier

 中位数,仅统计进入同行评审阶段的稿件







欢迎联系我们发布论文报道
📧 RSCChina@rsc.org

点击下方「阅读原文」查看论文全文
↓↓↓

RSC英国皇家化学会
英国皇家化学会,是全球领先的化学学术团体,致力于推动化学科学的卓越发展。推送最新的国际化学新闻,分享顶尖的化学科研成果及丰富的化学学术活动。
 最新文章