智能手机实验室设备;量子传感器;计算设计的抗微生物药物。
智能手机显微镜通过深度学习转变为实验室级设备
加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院研究人员已经证明，深度学习技术可以识别和增强智能手机拍摄的照片中的微观细节，以提高智能手机图像的分辨率和颜色细节，使其接近实验室级显微镜的图像质量。
这一进步可能有助于将高质量的医疗诊断带到资源匮乏的地区，这些地区的人们否则无法获得高端诊断技术。他们强调，这项技术使用的附件可以用3D打印机廉价生产，每件不到100美元，而购买实验室级别的设备要花费数千美元才能产生类似质量的图像。
由手机摄像头拍摄的血液涂片图像(左)，经过算法增强(中)，由实验室显微镜拍摄(右)。
来源:加州大学洛杉矶分校
由于如今智能手机上的摄像头是用来拍摄人物和风景的，而不是用来拍摄高分辨率的显微图像的，该团队开发了一种可以放置在智能手机镜头上的附件，以提高他们拍摄的图像的分辨率和微小细节的可见性，可精确到大约百万分之一米。
然而，这只是解决了部分挑战，因为任何附件都不足以弥补智能手机相机图像传感器和镜头与高端实验室设备之间的质量差异。但该团队表示，这项新技术通过使用人工智能来重现实验室分析所需的分辨率和颜色细节，弥补了这一差异。
这项研究由校长电气、计算机工程和生物工程教授Aydogan Ozcan和加州大学洛杉矶分校博士后学者Yair Rivenson领导。他的研究小组在移动显微镜和传感方面引入了几项创新，并特别专注于为资源贫乏地区开发现场便携式医疗诊断和传感器。
Ozcan说，利用深度学习，他的团队开始缩小廉价的手机显微镜和使用高端镜头的金标准台式显微镜之间的图像质量差距。他认为，这种方法广泛适用于其他低成本的显微镜系统，例如使用廉价的镜头或相机，并可以促进用低成本的移动替代品取代高端台式显微镜，并可以在全球健康、远程医疗和诊断相关应用中找到大量应用。
未来的量子传感器
测量工具:用作测量重要量如长度的微型工具量子精密，美国国家标准与技术研究所(NIST)研究人员发明了一种芯片，在这种芯片上，激光可以与微小的原子云相互作用，并且可以用现有技术大规模生产。
NIST的原型芯片，用于用量子精度测量长度等重要量。该装置的工作原理是用激光探测原子，产生精确波长的红外光。NIST的芯片封装了一个微小的原子和结构云，用于将光波引导到小于1平方厘米的范围内。原子被包含在一个蒸汽单元中——芯片顶部的方形窗口，周围是黑色环氧树脂，上面有一个光纤阵列。便士是一种刻度。
资料来源:国家标准
该团队指出，NIST的原型芯片被用于产生波长为780nm的红外光，精确到足以用作校准其他仪器的长度参考。
NIST芯片将原子云和引导光波的结构封装在不到1平方厘米的空间内，大约是其他具有类似测量精度的紧凑型设备体积的万分之一。
研究人员说，基于光与原子蒸汽相互作用的设备可以测量时间、长度和磁场等量，并在导航、通信、医学和其他领域有应用。
此外，NIST小组负责人John Kitching说，这种新芯片表明，激光和原子蒸汽电池有可能像半导体一样，使用硅材料和传统的芯片制造技术，而不是目前手工组装笨重的光学元件和吹制玻璃蒸汽电池。这一进步可以应用于NIST的许多仪器，从原子钟到磁传感器和气体光谱仪。
算法开发的人工抗菌肽
在过去的几年中，许多细菌菌株已经对现有的抗生素产生了耐药性，而抗生素武器库中几乎没有添加新的药物。为了帮助解决日益严重的抗生素耐药性公共卫生问题，科学家们正在探索抗菌肽——在大多数生物体中发现的自然存在的肽——其中大多数都不足以抵抗人类的感染。因此，研究人员正试图提出新的、更有效的版本。在这一点上，麻省理工学院和巴西利亚天主教大学研究人员已经开发出一种简化的方法来开发这类药物。
该策略依赖于计算机算法这种模仿自然进化过程的方法已经产生了一种潜在的候选药物，成功地杀死了小鼠体内的细菌。
人们普遍认为，抗菌肽通过许多不同的方式杀死微生物:它们通过破坏细胞膜进入微生物细胞，一旦进入，它们可以破坏DNA、RNA和蛋白质等细胞靶标。
在寻找更强大的人造抗菌肽的过程中，科学家们通常会合成数百种新的变体，这是一个费时费力的过程，然后针对不同类型的细菌进行测试，因此麻省理工学院博士后、阿雷斯基金会研究员塞萨尔·德拉富恩特·努内斯和他的团队希望找到一种让计算机完成大部分设计工作的方法。为了实现这一目标，他们创造了一种计算机算法，其中包含了与达尔文自然选择理论相同的原理。该算法可以从任何肽序列开始，生成数千个变体，并测试它们是否具有研究人员指定的所需特征。
De la Fuente-Nunez及其团队计划进一步开发这项技术，以供人类使用，并计划使用他们的算法来寻找其他有效的抗菌肽。目前还没有人工抗菌肽被批准用于人类患者。
然而，鉴于英国政府委托的一份报告估计，到2050年，耐抗生素细菌每年将导致1000万人死亡，因此，无论是从科学角度还是从全球健康角度来看，提出生产抗微生物药物的新方法都具有巨大的兴趣，de la Fuente-Nunez补充道。
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