Engineered Nucleotide Chemicapacitive Microsensor Array Augmented with Physics‐Guided Machine Learning for High‐Throughput Screening of Cannabidiol

大麻酚 药物发现 纳米技术 适体 计算机科学 高通量筛选 吞吐量 生化工程 计算生物学 材料科学 生物信息学 生物 工程类 医学 大麻 无线 精神科 电信 遗传学
作者
Stephanie Hui Kit Yap,Jieming Pan,Dao Viet Linh,Xiangyu Zhang,Xinghua Wang,Wei Zhe Teo,Evgeny Zamburg,Chen-Khong Tham,Wen Shan Yew,Chueh Loo Poh,Aaron Thean
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (22) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/smll.202107659
摘要

The recent legalization of cannabidiol (CBD) to treat neurological conditions such as epilepsy has sparked rising interest across global pharmaceuticals and synthetic biology industries to engineer microbes for sustainable synthetic production of medicinal CBD. Since the process involves screening large amounts of samples, the main challenge is often associated with the conventional screening platform that is time consuming, and laborious with high operating costs. Here, a portable, high-throughput Aptamer-based BioSenSing System (ABS3 ) is introduced for label-free, low-cost, fully automated, and highly accurate CBD concentrations' classification in a complex biological environment. The ABS3 comprises an array of interdigitated microelectrode sensors, each functionalized with different engineered aptamers. To further empower the functionality of the ABS3 , unique electrochemical features from each sensor are synergized using physics-guided multidimensional analysis. The capabilities of this ABS3 are demonstrated by achieving excellent CBD concentrations' classification with a high prediction accuracy of 99.98% and a fast testing time of 22 µs per testing sample using the optimized random forest (RF) model. It is foreseen that this approach will be the key to the realistic transformation from fundamental research to system miniaturization for diagnostics of disease biomarkers and drug development in the field of chemical/bioanalytics.
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