ПРОЕКТЫ 2023 ГОДА

Детектор вирусных частиц

Газизулин Азат Фаргатович

Газизулин Азат Фаргатович

Руководитель

аспирант первого курса факультета "Института перспективных систем передачи данных"

Исполнители

Газизулин Азат Фаргатович

Попов Евгений Эдуардович

Табаров Артём Тимурович

Пятлина Милена Андреевна

Гладышева Юлия Александровна

Попов Евгений Эдуардович

Попов Евгений Эдуардович

Научный консультант

руководитель группы научно-технического развития

ОПИСАНИЕ

Проект направлен на создание отечественной установки для детектирования вирусных частиц. Детектирование вирусных частиц осуществляется за счет получения спектров поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния (SERS - Surface Enhanced Raman Spectroscopy) и их анализа с помощью алгоритмов машинного обучения. Технология SERS обладает широким спектром применения, в том числе она показывает высокую эффективность при работе с биологическими объектами и водными растворами. В основе этого метода лежит уникальный физический эффект плазмонного резонанса, который позволяет значительно усилить сигнал рамановского рассеяния в диапазоне от 10^3 до 10^12 раз. Такое усиление сигнала открывает возможность не только для обнаружения вирусных частиц в исследуемых образцах, но и для идентификации конкретного типа вируса.
Таким образом, комбинация метода SERS и технологий машинного обучения делает данную установку быстрой, высокоточной и универсальной системой для диагностики вирусных инфекций.

К функционально-техническим преимуществам данного проекта можно отнести: высокую эффективность детектора вирусных частиц в обнаружении, классификации и идентификации вирусных патогенов в образце, высокую чувствительность, специфичность, универсальность, экономичность и быстроту метода. Эти характеристики в совокупности делают данный проект более эффективным и универсальным решением для диагностики вирусных инфекций по сравнению с существующими аналогами.

Область применения детектора вирусных частиц, охватывает пять ключевых направлений. В первую очередь, он найдет широкое применение в клинической и лабораторной диагностике, обеспечивая быстрое и точное выявление вирусных инфекций, что критически важно при вспышках сезонных заболеваний и массовых эпидемий. Второе важное направление - эпидемиологический надзор, где технология позволит эффективно мониторить распространение вирусных заболеваний в популяциях, способствуя раннему обнаружению и предотвращению эпидемий. В сфере исследований структурной биологии данная методика предоставит ученым мощный инструмент для изучения вирусов в лабораторных условиях. Четвертое направление - это применение в фармацевтике для контроля качества вакцин и противовирусных препаратов в процессе их разработки и производства. Наконец, технология имеет большой потенциал в области портативной диагностики, позволяя проводить быстрый анализ в полевых условиях, что особенно ценно для отдаленных или труднодоступных районов. Таким образом, данная методика представляет собой универсальное решение для широкого спектра задач, связанных с обнаружением и изучением вирусных частиц.

Разрабатываемая установка объединяет технологию спектроскопии поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния (SERS) с алгоритмами машинного обучения, что обеспечивает высокую точность, быстроту, универсальность и экономичность диагностики вирусных инфекций.

Преимущества данной установки и методики детектирования вирусных частиц:
1. Высокая чувствительность: благодаря эффекту плазмонного резонанса и усилению сигнала рамановского рассеяния метод SERS позволяет обнаруживать даже малые концентрации вирусных частиц.
2. Специфичность: метод способен не только выявлять вирусные частицы в исследуемом образце, но и идентифицировать конкретный тип вируса.
3. Универсальность: данный метод не требует специальных меток или антител для детектирования и идентификации вируса, в исследуемом образце, так как SERS позволяет получить спектральные "портреты" вирусных частиц, а алгоритмы машинного обучения помогают их классифицировать и идентифицировать.
4. Быстрота анализа: время затраченное на получение результатов анализа исследуемого образца составляет 3-5 минут.
5. Экономичность: установка является простой и быстрой в эксплуатации, а метод не требует специальной подготовки и обучения медицинского персонала.

Конкурентными методами диагностики являются ПЦР и ИФА, а также диагностические экспресс-системы. В сравнении с детектором вирусных частиц и описанной выше методикой, ПЦР не обладает универсальностью и является долгим и дорогостоящим методом диагностики, а ИФА и экспресс-системы характеризуются меньшей чувствительностью и большим процентом ложно-положительных результатов.

Таким образом, преимущества нашей разработки и применяемой в ней методики делает данный проект перспективным решением для быстрой, точной и универсальной диагностики вирусных инфекций.