Detection of COVID-19: A Smartphone-Based Machine-Learning-Assisted ECL Immunoassay Approach with the Ability of RT-PCR CT Value Prediction

电化学发光 2019年冠状病毒病(COVID-19) 检出限 人工神经网络 免疫分析 人工智能 严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2) 放射性检测 计算机科学 机器学习 聚合酶链反应 模式识别(心理学) 化学 色谱法 医学 病理 传染病(医学专业) 免疫学 基因 抗体 疾病 生物化学
作者
Ali Firoozbakhtian,Morteza Hosseini,Mahsa N. Sheikholeslami,Foad Salehnia,Guobao Xu,Hodjattallah Rabbani,Ebtesam Sobhanie
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (47): 16361-16368 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c03502
摘要

The unstoppable spread of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has severely threatened public health over the past 2 years. The current ubiquitously accepted method for its diagnosis provides sensitive detection of the virus; however, it is relatively time-consuming and costly, not to mention the need for highly skilled personnel. There is a clear need to develop novel computer-based diagnostic tools to provide rapid, cost-efficient, and time-saving detection in places where massive traditional testing is not practical. Here, we develop an electrochemiluminescence (ECL)-based detection system whose results are quantified as reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) cyclic threshold (CT) values. A concentration-dependent signal is generated upon the introduction of the virus to the electrode and is recorded with a smartphone camera. The ECL images are used to train machine learning algorithms, and a model using artificial neural networks (ANNs) for 45 samples was developed. The model demonstrated more than 90% accuracy in the diagnosis of 50 unknown real samples, detecting up to a CT value of 32 and a limit of detection (LOD) of 10-12 g mL-1 in the testing of artificial samples.

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