de.wedoany.com-Bericht: Forscher der Universität Göteborg und der Technischen Universität Chalmers haben ein KI-Modell entwickelt, das eine vollständig autonome Steuerung optischer Pinzetten ermöglicht. Dieses Werkzeug kann Partikel bis hin zu einzelnen DNA-Molekülen und Zellen einfangen und bewegen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Methods“ veröffentlicht.
Optische Pinzetten nutzen fokussierte Laserstrahlen, um Partikel einzufangen und zu bewegen. Der Physiker Arthur Ashkin erhielt 2018 den Nobelpreis für Physik für die Erfindung dieser Technologie. Bisher erforderten solche Geräte die ständige Anwesenheit geschulter Bediener, die Parameter manuell anpassen, Messungen durchführen und Versuchsabläufe starten mussten, was die Arbeitsgeschwindigkeit einschränkte und zu unterschiedlichen Ergebnissen zwischen verschiedenen Forschern führte.
Das neue System, genannt SmartTrap, macht manuelle Eingriffe überflüssig. Es integriert Bildanalyse, Deep-Learning-Algorithmen, Steuerelektronik und ein mikrofluidisches System in einem geschlossenen Kreislauf. Die KI kann eigenständig Partikel einfangen, sie im dreidimensionalen Raum mit nanometergenauer Präzision positionieren, Messungen durchführen und ohne menschliches Zutun neue Proben bereitstellen. In Tests konnte das System stündlich Hunderte von Partikeln sortieren und analysieren. Bei einem der komplexesten Vorgänge der Biophysik – dem Einzel-DNA-Molekül-Streckungsexperiment – führte es etwa 10 bis 15 Experimente pro Stunde durch. Das System maß zudem die mechanische Steifigkeit roter Blutkörperchen und kartierte die elektrostatischen Wechselwirkungskräfte zwischen Nanopartikeln bei verschiedenen Salzkonzentrationen.
Forschungsleiter Giovanni Volpe erklärte, dass SmartTrap in Geschwindigkeit und Stabilität mit erfahrenen Bedienern mithalten oder diese sogar übertreffen könne, während es kontinuierlich ohne Effizienzverlust arbeite. Menschen benötigten für Experimente gleichen Umfangs ein Vielfaches der Zeit und seien durch Ermüdung und operative Variabilität eingeschränkt. Die Autoren betonen, dass das System auf Open-Source-Software basiert und als erweiterbare Laborplattform konzipiert ist. Mit der Entwicklung intelligenter Mikroskope könnten solche autonomen Systeme die experimentelle Wissenschaft verändern und in ein Modell kontinuierlicher automatisierter Forschung überführen.
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