تاریخ شروع : 1402/04/15
مهلت ارسال : 1402/05/15
گرنت صندوق نوآوری و شکوفایی:
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 500میلیون تومان
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 500میلیون تومان
مهلت ارسال پروپوزال به اتمام رسیده است
سیستم اتوماتیک کشت خون مشابه بکت الرت (Bact/Alert)
خلاصه فناوری:
یک سیستم کشت خون اتوماتیک شامل کیت و دستگاه می‌باشد. هر کیت دارای یک بطری است که این بطری از اجزای مختلفی مانند محیط کشت، سنسور انتهای بطری، و گوی‌های جاذب پلیمری ساخته می‌شود. هر کدام از بطری‌ها با تلقیح نمونه به داخل آن می‌تواند با قرار گرفتن در دستگاه آلوده بودن نمونه به یک نوع پاتوژن را با تغییر رنگ سنسور خود اعلام نماید. دستگاه با حفظ دما، هم زدن بطری‌ها و در نهایت خوانش اطلاعات رنگ‌سنجی انتهای هر بطری، کشت مثبت یا منفی را اعلام می‌نماید. در هر کدام از بطری‌های کشت خون ساخته شده یک سنسور LES (liquid Emulsion Sensor) وجود دارد. این سنسور شیمیایی یک نانو امولسیون از نوع آب در سیلیکون می‌باشد که به علت نفوذپذیری سیلیکون به کربن دی اکسید، قَطرک‌های نانویی این نانوامولسیون حاوی اندیکاتور pH می‌توانند کربن دی اکسید را جذب و با آبکافت کربن دی اکسید و تولید بی کربنات و افزایش پی اچ و در نهایت تغییر رنگ این اندیکاتور، این تغییر رنگ را به عنوان نماینده‌ای از رشد باکتری در بطری کشت در نظر بگیرند. محیط کشت هر کدام از بطری‌های کشت خون حاوی مغزی‌های متعددی می‌باشد که برای رشد بهتر هر کدام از میکرو ارگانیسم‌ها طراحی شده‌اند. در هر کدام از بطری‌ها از سه نوع گوی جاذب پلیمری ion-exchange استفاده شده است که می‌توانند با برهم کنش‌های کاتیون-آنیون انواع آنتی-بیوتیک‌ها را جذب کرده و از تاثیر منفی آن‌ها بر رشد میکروارگانیسم‌ها جلوگیری کنند که به تشخیص هر چه بهتر وجود باکتری و یا عامل پاتوژن قارچی می‌تواند کمک به‌سزایی کند. در انتهای هر رک نگهدارنده بطری یک سیستم LED به همراه یک Photo-diode قرار داده شده است. به این شکل که منبع نوری با تابش طول موج مشخصی از نور بر انتهای بطری و اندازه گیری میزان بازتاب آن توسط photo-diode و گزارش آن به صورت mV، تغییر رنگ در انتهای بطری کشت خون اندازه گیری و ثبت می‌شود. با ثبت هر ده دقیقه یکبار، یک نمودار بازتاب-زمان برای هر بطری کشت خون پس از گذشت 24 ساعت شکل می‌گیرد که این نمودار سپس توسط یک سیستم یادگیری ماشین که با بطری‌های تلقیح شده با تعداد مشخص CFU (واحد با قابلیت ایجاد کلنی) آموزش داده شده است، بررسی می‌شود تا بتواند مثبت بودن کشت باکتری را گزارش دهد و در نهایت تعداد منفی‌ها و مثبت‌های کاذب را به حداقل برساند. سپس این اطلاعات توسط یک سیستم پایگاه داده ذخیره شده و اطلاعات مربوط به هر بیمار را در خود نگه می‌دارد تا بتواند به راحتی این اطلاعات را مدیریت و در اختیار کادر درمانی قرار دهد.
یک سیستم کشت خون اتوماتیک شامل کیت و دستگاه می‌باشد. هر کیت دارای یک بطری است که این بطری از اجزای مختلفی مانند محیط کشت، سنسور انتهای بطری، و گوی‌های جاذب پلیمری ساخته می‌شود. هر کدام از بطری‌ها با تلقیح نمونه به داخل آن می‌تواند با قرار گرفتن در دستگاه آلوده بودن نمونه به یک نوع پاتوژن را با تغییر رنگ سنسور خود اعلام نماید. دستگاه با حفظ دما، هم زدن بطری‌ها و در نهایت خوانش اطلاعات رنگ‌سنجی انتهای هر بطری، کشت مثبت یا منفی را اعلام می‌نماید. در هر کدام از بطری‌های کشت خون ساخته شده یک سنسور LES (liquid Emulsion Sensor) وجود دارد. این سنسور شیمیایی یک نانو امولسیون از نوع آب در سیلیکون می‌باشد که به علت نفوذپذیری سیلیکون به کربن دی اکسید، قَطرک‌های نانویی این نانوامولسیون حاوی اندیکاتور pH می‌توانند کربن دی اکسید را جذب و با آبکافت کربن دی اکسید و تولید بی کربنات و افزایش پی اچ و در نهایت تغییر رنگ این اندیکاتور، این تغییر رنگ را به عنوان نماینده‌ای از رشد باکتری در بطری کشت در نظر بگیرند. محیط کشت هر کدام از بطری‌های کشت خون حاوی مغزی‌های متعددی می‌باشد که برای رشد بهتر هر کدام از میکرو ارگانیسم‌ها طراحی شده‌اند. در هر کدام از بطری‌ها از سه نوع گوی جاذب پلیمری ion-exchange استفاده شده است که می‌توانند با برهم کنش‌های کاتیون-آنیون انواع آنتی-بیوتیک‌ها را جذب کرده و از تاثیر منفی آن‌ها بر رشد میکروارگانیسم‌ها جلوگیری کنند که به تشخیص هر چه بهتر وجود باکتری و یا عامل پاتوژن قارچی می‌تواند کمک به‌سزایی کند. در انتهای هر رک نگهدارنده بطری یک سیستم LED به همراه یک Photo-diode قرار داده شده است. به این شکل که منبع نوری با تابش طول موج مشخصی از نور بر انتهای بطری و اندازه گیری میزان بازتاب آن توسط photo-diode و گزارش آن به صورت mV، تغییر رنگ در انتهای بطری کشت خون اندازه گیری و ثبت می‌شود. با ثبت هر ده دقیقه یکبار، یک نمودار بازتاب-زمان برای هر بطری کشت خون پس از گذشت 24 ساعت شکل می‌گیرد که این نمودار سپس توسط یک سیستم یادگیری ماشین که با بطری‌های تلقیح شده با تعداد مشخص CFU (واحد با قابلیت ایجاد کلنی) آموزش داده شده است، بررسی می‌شود تا بتواند مثبت بودن کشت باکتری را گزارش دهد و در نهایت تعداد منفی‌ها و مثبت‌های کاذب را به حداقل برساند. سپس این اطلاعات توسط یک سیستم پایگاه داده ذخیره شده و اطلاعات مربوط به هر بیمار را در خود نگه می‌دارد تا بتواند به راحتی این اطلاعات را مدیریت و در اختیار کادر درمانی قرار دهد.
ضرورت مسئله:
حضور آلودگی میکروبی در نمونه‌های بالینی معمولاً با کشت نمونه‌ها تشخیص داده می‌شود. انواع مختلفی از روش‌های بیولوژیکی جهت کشف نوع باکتری استفاده می‌گردد. در روش‌های قدیمی که هم‌اکنون نیز به فراوانی در ایران مورد استفاده قرار می‌گیرند، کشت خون با تلقیح خون فرد مشکوک به ابتلا به سپتی سمیا به ویال‌های حاوی محیط‌های کشت و سپس کشت دوباره از ویال کشت شده بر روی محیط‌های کشت سنتی مانند آگارهای مختلف انجام می‌گردد. ظرف حاوی محیط کشت شامل انواع مواد مغذی مورد نیاز برای کشت باکتری‌ها می‌باشد. مشکل کشت در این روش مدت زمان طولانی کشت می‌باشد که در موارد شوک سپتیک که جان بیمار در خطر است و نیازمند درمان مناسب و سریع با توجه به نوع باکتری می‌باشد، بیش از پیش نمایان می‌گردد. در این پروژه، ساخت سیستم اتوماتیک کشت پاتوژن آلوده کننده خون مدنظر می‌باشد تا بتوان با سرعت بیشتر، دقت بالاتر و تعداد بیشتر، ریسک کشت اشتباه با توجه به بازه زمانی کوتاه باقی‌مانده برای درمان فرد مبتلا به سپتی سمیا را کاهش داد و به نجات جان بیماران کمک نمود. همچنین در این پروژه طراحی یک محیط کشت فوق مغذی و یک سنسور امولسیونی مایع که به تغییرات pH محیط کشت حساس است، مورد هدف می‌باشد. در انتها، می‌توان فرآیند کشت این پاتوژن‌ها را اتوماتیک نمود که به افزایش نرخ سرعت تشخیص مثبت کمک شایانی می‌نماید. این سنسورها از نانوذرات میسلار سورفاکتانت‌های مختلف که اندیکاتورهای pH مورد نظر را درون خود در تماس با یک بستر RTV Silicone محبوس نموده‌اند، ساخته می‌شود. کربن دی اکسید ناشی از رشد باکتری‌ها در محیط کشت می‌تواند با عبور از سیلیکون با قابلیت تراوایی انتخابی به دی اکسید کربن، باعث تغییرات pH درون نانوذرات میسلار فوق‌الذکر و در پی آن سبب تغییر اندیکاتورها و در نهایت تغییر رنگ سنسور شود که این تغییرات رنگ توسط یک سیستم فوتودیود/دیود تابنده نور در محدوده طول موج‌های مشخصی هر ده دقیقه احساس و ضبط می‌گردد. ضرورت ساخت سنسور مورد نظر برای اتوماسیون سیستم مذکور موید پیچیدگی بیش از پیش این طرح می‌باشد که دستیابی به فناوری آن را هدفی استراتژیک و مهم می‌نماید.
مسئله اصلی تحقیق :
مشکلات پردازش دستی نمونه‌های میکروبی در بیمارستان‌ها همیشه فرآیندی طاقت‌فرسا، پرتکرار، پرخطر و همچنین با توجه به تمامی این موارد، پر از خطا توسط پرسنل بوده است. با تکیه بر تکنولوژی‌های عصر نوین، فرآیندهای آزمایشگاه‌های میکروبی بالینی به سمت اتوماسیون پیش می‌روند تا بتوانند در آینده با توجه به جمعیت سالخورده که تعداد این آزمایش‌ها را افزایش می‌دهد، همچنین کمبود پرسنل آموزش‌دیده و تعدد مشکلاتی از این دست، پاسخگوی نیاز ایجاد شده باشند. بنابراین اتوماسیون میکروبی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. از میان روش‌های اتوماتیک اولین روش اتوماتیک از دستگاه‌هایی بهره می‌برد که دارای کربوهیدرات‌های نشاندارشده با کربن رادیواکتیو بوده‌اند. در سال 1969 دلاند و واگر سیستمی ساختند که بر مبنای روش رادیومتریک، کربن رادیواکتیو (14C) تولید شده توسط میکروارگانیسم‌ها را حس می‌کرد. به این شکل که با مصرف این کربوهیدرات‌های نشاندارشده، گاز کربن دی اکسید تولیدشده نیز دارای تشعشع خواهد بود و در نهایت با سمپلینگ اتوماتیک، میزان تشعش این گاز مورد آنالیز قرار گرفته و میزان این تشعشع به عنوان نماینده‌ای از تعداد میکرواورگانیسم‌های فعال (CFU (Colony Forming Unit در نظر گرفته می‌شد. این سیستم در سال 1960 با نام بک تک 460، وارد بازار دنیا شد و مورد استفاده قرار گرفت. به علت مشکلات فراوانی که استفاده از این نوع سیستم مانند تشعش و کار با مواد رادیواکتیو داشت، برای اولین بار سیستمی تحت نام بکت الرت در سال 1990 طی یک مقاله معرفی و نشان داده شد که با روش رنگ‌سنجی، بدون استفاده از مواد نشاندارشده رادیواکتیو می‌توان سنجش رشد باکتری‌ها را انجام داد. تا کنون دستگاه‌های فراوانی همچون 3D Bact/Alert و BACTEC 960 و همچنین نسل‌های جدیدتر هر دو برند از روش‌های مبتنی بر تکنولوژی‌های نوری که یا بازتاب‌سنجی و یا اندازه‌گیری فلوئورسانس هستند، استفاده نموده‌اند که تاکنون نیز مورد استفاده بوده و در سرتاسر جهان این دستگاه‌ها با فراهم کردن امکان تشخیص دقیق‌تر و سریع‌تر به بیماران بسیاری کمک کرده‌اند. در پروژه کنونی با تکیه بر این موضوع که روش‌های کشت اتوماتیک خصوصاً روش نوری توسط سیستم‌هایی مانند Bact/Alert و BACTEC به عنوان استاندارد طلایی کشت خون پذیرفته شده‌اند، یک سیستم اتوماتیک پیشنهاد شده است. این سیستم مبتنی بر روش رنگ‌سنجی و مشابه سیستم‌های کنونی شرکت BioMereieux می‌باشد. در انتهای هر کدام از بطری‌های کشت یک سنسور وجود دارد. این سنسور شیمیایی با اتکا بر ساختار امولسیونی خود که از نوع آب در سیلیکون می‌باشد، می‌تواند با عبور کربن دی اکساید از فاز خارجی یعنی سیلیکون و انحلال کربن دی اکساید در فاز داخلی یعنی فاز آبی دارای اندیکاتور pH با تغییر رنگ نشان دهد که رشد باکتری‌ها اتفاق افتاده است. بهینه‌سازی این تغییر رنگ، همچنین پایداری سنسور مورد نظر و ... از جمله موارد مورد بررسی برای دستیابی به یک فرمولاسیون بهینه برای سنسورهای گفته شده می‌باشد. بطری‌های کشت مورد نظر دارای یک محیط مائی مغذی، یک سنسور، رزین‌های جاذب آنتی‌بیوتیک و همچنین یک سنسور در انتهای بطری هستند که پیشتر به آن اشاره شد. در این میان رزین‌های جاذب آنتی بیوتیک می‌توانند با جذب آنتی بیوتیک به خود به کشت باکتری موجود در نمونه در صورتی که بیمارِ دهنده نمونه، تحت درمان با عوامل ضد باکتری است، کمک نماید. یافتن رزین مناسب با بهترین جذب عوامل آنتی بیوتیکی از جمله چالش‌های مورد بررسی این تحقیق خواهد بود. یک برد مدار چاپی در انتهای نگهدارنده هر بطری قرار خواهد گرفت. طراحی و ساخت این ماژول حسگر بازتاب‌سنجی نیز بخش اعظمی از زیر ساخت سخت افزاری مورد نیاز برای پایش مداوم رشد میکروبی خواهد بود؛ که در نهایت با سایر بخش‌های مکانیک، الکترونیک و نرم‌افزار می‌تواند نمودار رشد بر حسب زمان را برای هر بطری رسم و امکان تحلیل و بررسی آن را توسط الگوریتم تشخیصی نرم‌افزار را ارائه بدهد. در این پروژه تیم فناور در حال کار بر روی هر دو بخش یعنی بطری‌های کشت حاوی سنسور و دستگاه مورد نظر به جهت پایش رشد مداوم درون بطری‌ها است. دستگاه مذکور حاوی سه بخش مکانیک، الکترونیک و نرم‌افزار است. به این شکل که قسمت مکانیک همچون سازه دستگاه، مکانیزم تکان دادن بطری‌ها را بر عهده دارد، قسمت الکترونیک شامل قسمت سخت‌افزاری سیستم ایجاد و کنترل دما درون دستگاه، سیستم کنترل سرعت حرکت تکان دادن بطری‌ها، سیستم حسگر دارای واحد تابنده نور و دریافت‌کننده آن، قسمت پردازشگر سیگنال و در نهایت قسمت نرم‌افزاری که با کنترل تمامی فاکتورهای دخیل در دستگاه همچون دما، سرعت تکان دادن، ثبت سیگنال رشد در هر ده دقیقه و سپس تحلیل آن با تیکه بر الگوریتم‌های خود می‌تواند روح را به درون این دستگاه بدمد.
| نام و نام‌خانوادگی | رشته/ مقطع تحصیلی | همکار/ مشاور طرح | وضعیت شغلی |
| دکتر حمید فروتن‌فر | دکتری حرفه‌ای داروسازی-دکتری تخصصی بیوتکنولوژی دارویی | مجری | ریاست دانشکده داروسازی دانشگاه علوم پزشکی کرمان |
| دکتر محمد محسن عبدالرشیدی | دکتری حرفه‌ای داروسازی | مجری | مدیر تحقیق و توسعه شرکت فعال در حوزه دارو |
| دکتر احمد جعفری | دکتری حرفه‌ای پزشکی- دانشجوی دکتری تخصصی پاتولوژی | مشاور | پژوهشگر حوزه تکنیک‌های تشخیصی نوین در تشخیص بالینی |
| مهندس علی بیدویی نژاد | کارشناسی‌ارشد مکاترونیک | مجری | مدیر عامل شرکت پیشگامان تجهیزات و فناوری استوار |
سوابق عرضه‌کننده فناوری و مسئول اصلی تیم پژوهشی:
آقای دکتر حمید فروتن فر، به عنوان سرپرست تیم، دکتری داروسازی خود را در سال 1384 دریافت نموده و سپس مستقیماً تحصیل در رشته تخصصی زیست فناوری دارویی را در دانشگاه علوم پزشکی تهران آغاز کرد و رتبه نخست را در بورد تخصصی این رشته به دست آورده است. ایشان به عنوان یکی از فعالان تخصصی این رشته در ایران و هم چنین با توجه به داشتن تجربه فراوان در راه‌اندازی و انجام پروژه‌های تحقیقاتی-صنعتی مختلف، مدیریت تیم را بر عهده دارد. H-index جناب آقای دکتر فروتن‌فر 35 می باشد. مقالات ایشان از اینجا قابل مشاهده است.
آقای دکتر محمد محسن عبدالرشیدی، به عنوان نماینده تیم فناور، فارغ‌التحصیل رشته داروسازی، دارای تجربه تحقیق و توسعه در صنعت داروسازی ایران و همچنین هدایت تیم‌های تحقیق و توسعه مختلف در حوزه‌های دارویی و تجهیزات پزشکی می‌باشد. مقالات ایشان از اینجا قابل مشاهده است.
آقای دکتر احمد جعفری جوشقان، پزشک عمومی و دانشجوی تخصص رشته پاتولوژی می‌باشند که از محققان فعال در زمینه تشخیص میکروبی در دانشگاه علوم پزشکی مشهد هستند.
آقای مهندس علی بیدویی نژاد، مقطع کارشناسی خود را در رشته الکترونیک و سپس کارشناسی‌ارشد مکاترونیک به انجام رسانده و توانمندی خود در فعالیت‌های تحقیق و توسعه را در پروژه‌های گوناگون در حوزه تجهیزات پزشکی به اثبات رسانیده است و از جمله پروژه‌های موفق ساخت و توسعه دستگاه تست دیسولوشن قرص و کپسول صنایع داروسازی می‌باشد که هم اکنون در صنایع داروسازی ایران مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اتوماسیون فرآیند کشت خون یکی از تست‌های فوق‌العاده پرزحمت در آزمایشگاه‌های میکروبی به همراه ریسک آلودگی برای اپراتور می‌باشد. اتوماسیون این فرآیند هم ریسک اپراتور را در مواجهه با نمونه‌های آلوده کاهش می‌دهد و هم باعث راحت‌تر شدن انجام تست در تعداد بالا می‌گردد و در نهایت نیز با کاهش زمان رسیدن به پاسخ کشت می‌تواند به درمان سریع‌تر و دقیق‌تر بیماران مبتلا به سپتی‌سمیا کمک شایانی بنماید.
این محصول در تشخیص سریع و با دقت بالاتر آلودگی خون و سایر مایعات استریل بدن به کار خواهد رفت. همچنین باعث تسریع آماده‌سازی کشت اولیه پاتوژن در صورت آلوده بودن خون بیمار به عامل بیماری‌زا می‌گردد. تسریع آماده‌سازی کشت اولیه خون و افزایش سرعت کشت و در پی آن کاهش زمان تشخیص در کنار دقت در تشخیص می‌تواند به نجات جان بیماران کمک شایانی نماید.
- طراحی و ساخت بطری کشت خون مورد نظر
- طراحی و ساخت نمونه اولیه دستگاه کشت خون اتوماتیک با استفاده از روش رفلکتومتری
- هزینه اجرای طرح حدود 500 میلیون تومان برآورد می‌شود که حداکثر 70 درصد این مبلغ تا سقف 500 میلیون تومان، از محل حمایت صندوق نوآوری و شکوفایی تامین خواهد شد.
- مدت‌زمان اجرای طرح حدود 14 ماه برآورد می‌شود.
- مالکیت معنوی: مشارکت‌کننده در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و مشارکت‌کننده در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: سهم مشارکت شرکت/شتاب‌دهنده متقاضی حداقل 10 و حداکثر 35 درصد خواهد بود (منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری بر اساس توافق طرفین و مشترک خواهد بود و باتوجه‌به سهم آورده نقدی و غیرنقدی توسعه‌دهنده، سهم مالکیت قابل‌مذاکره و توافق است).
شماره تماس:
09025555482
09025555471
اینستاگرام:
iran.challenges@
09025555482
09025555471
اینستاگرام:
iran.challenges@