Forskare automatiserar optiska pincetter med AI
Forskare vid Göteborgs universitet och Chalmers har utvecklat en AI-plattform som automatiserar användningen av optiska pincetter – en teknik som används för att bland annat avslöja hur molekylära motorer driver våra celler och hur sjukdomar som malaria och sicklecellanemi påverkar de röda blodkropparnas funktion.
Den nya plattformen, kallad SmartTrap, kombinerar bildanalys, djupinlärning och automatiserad styrning för att genomföra experiment utan mänsklig inblandning. Systemet kan själv fånga partiklar, positionera dem med nanometerprecision, utföra mätningar och förbereda nästa prov.
Optiska pincetter, som bygger på fokuserade laserstrålar, har blivit ett viktigt verktyg inom biofysik och medicinsk forskning. Tekniken belönades med Nobelpriset i fysik 2018, men har hittills krävt kontinuerlig övervakning av utbildade forskare.
Enligt forskarna kan SmartTrap genomföra mellan 10 och 15 experiment per timme och hantera hundratals partiklar under samma tidsperiod. Plattformen testades bland annat för DNA-sträckning på enkelmolekylnivå, mätning av röda blodkroppars mekaniska egenskaper samt kartläggning av elektrostatiska krafter mellan nanopartiklar.
– För en mänsklig operatör av optiska pincetter tar dessa experiment tio eller hundra gånger så lång tid, om vi antar att operatören inte blir uttråkad eller behöver ta rast då och då. Vi såg också att AI:n presterade lika bra eller bättre än en skicklig mänsklig operatör i samtliga fall, säger Giovanni Volpe, i ett pressmeddelande.
Forskargruppen har gjort SmartTrap tillgänglig som öppen källkod med målet att skapa en gemensam plattform för automatiserad mikroskopi. Resultaten har publicerats i tidskriften Nature Methods under titeln SmartTrap: Automated Precision Experiments with Optical Tweezers.
Forskarna menar att AI-baserad laboratorieautomation på sikt kan förändra forskningsmiljöer på samma sätt som automatisering förändrat tillverkningsindustrin.