Предметом изучения стали бактериальные биопленки – сложноорганизованные микробные колонии, заключенные в экзополисахаридный матрикс. Именно эта слизистая оболочка выступает в роли биологического бронежилета, делая патогенов неуязвимыми для фармакологических препаратов и клеток иммунной системы. В естественных условиях (хирургические раны, поверхности протезов) такие структуры представляют собой полимикробные сообщества. Синергия различных штаммов способна многократно усиливать их резистентность. Классическая дихотомия диагностики – культуральный посев или амплификация ДНК (ПЦР) – требует экспоненциально больше времени, исчисляемого часами либо сутками. Предложенная технология сокращает этот интервал до нескольких минут, исключая этап выделения чистых культур, что является решающим фактором при назначении таргетной терапии.
Физико-математическая суть метода заключается в следующем. Гиперспектральная камера регистрирует диффузное отражение светового потока от анализируемой поверхности сразу в сотнях узких спектральных диапазонов. Формируется уникальный оптический профиль, своего рода «цифровой слепок» жизнедеятельности микроорганизмов. Обработка массивов данных возложена на алгоритмы глубокого машинного обучения. Байесовские вероятностные сети устанавливают корреляционные связи между спектральной сигнатурой и биохимическим составом слизистого слоя. Параллельно свёрточные нейронные сети осуществляют комплексный морфо-спектральный анализ. Примечательно, что спектр гетерогенной биопленки демонстрирует нелинейные интерференции входящих в нее видов, сохраняя при этом уникальные маркеры для последующей деанонимизации каждого компонента.
Верифицированные метрики разработки:
- Вероятность корректной дифференциации видовой принадлежности пар стандартных возбудителей достигает 0,96–0,99.
- Порог чувствительности позволяет детектировать наличие всего десяти бактериальных единиц в контролируемой среде.
- Процедура исключает инвазивное вмешательство, разрушающее естественную структуру образца.
- Временные затраты на получение результата составляют минуты вместо традиционных дней.
- Архитектура решения допускает миниатюризацию аппаратной части для создания портативных диагностических сканеров у постели больного.
Проект интегрирован в стратегическую программу развития опорных вузов страны «Приоритет-2030».
