SmartTrap с нейросетевым управлением автоматизировала эксперименты с оптическими пинцетами

Исследователи описали SmartTrap — открытую систему, которая сама ведет эксперименты с оптическими пинцетами, используя анализ изображений, микрофлюидику и обратную связь. В Nature Methods показаны автономная сортировка частиц, растяжение одиночных молекул ДНК, измерение деформации эритроцитов и сил между коллоидными частицами.

В журнале Nature Methods опубликована работа о SmartTrap — платформе для автономных экспериментов с оптическими пинцетами. Оптические пинцеты — это лазерные ловушки для точного захвата и перемещения микрочастиц, клеток и молекулярных комплексов; обычно такие установки требуют постоянной работы обученного оператора.

Авторы из Университета Гётеборга, Технологического университета Чалмерса и партнерских организаций объединили контрраспространяющиеся лазеры, микрофлюидную камеру, управляющую электронику и нейросетевой анализ изображений в замкнутый контур. Видеопоток используется для поиска частиц и микропипетки, оценки положения по оси z и точного выравнивания объектов перед измерениями.

В тестах SmartTrap автономно характеризовала частицы, выполняла растяжение одиночных фрагментов λ-ДНК, измеряла деформацию эритроцитов и картировала электростатическое отталкивание коллоидных частиц при разной концентрации соли. В опыте по сортировке система захватила 938 частиц за 4,5 часа и исследовала более 200 частиц в час; протокол растяжения ДНК работал без присмотра до 10 часов.

Разработчики заявляют SmartTrap как открываемую для повторения платформу: программное обеспечение, схемы электроники и инструкции по сборке доступны через репозитории, связанные со статьей. По оценке авторов, такая автоматизация может уменьшить влияние ручных операций и ускорить набор больших наборов данных в биофизике, клеточной механике и коллоидной науке, хотя человек пока остается необходим при настройке новых протоколов и устранении экспериментальных сбоев.