Czym są zagrożenia biologiczne?
Są to organizmy lub substancje pochodzenia organicznego (wirusy, bakterie, toksyny), które nieodpowiednio przechowywane (np. w laboratoriach) lub w znacznym stężeniu, mogą być niebezpieczne dla zdrowia czy życia ludzi i zwierząt.
Zagrożenia biologiczne mogą być wykorzystywane specjalnie np. przez grupy terrorystyczne lub − jak w przypadku rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych wśród uczestników wydarzeń − pojawiać się w dużych obiektach bez intencji zarażenia innych.
W każdym budynku mieszkalnym, transporcie zbiorowym, czy miejscach użyteczności publicznej (np. stadion, hala widowiskowa) znane są procedury postępowania na wypadek pożaru. Nie wiadomo jednak jak reagować, gdy w takich miejscach pojawi się ktoś zakażony niebezpieczną chorobą. Pokazuje to przykład ubiegłorocznego meczu Ligi Mistrzów Atalanta–Valencia, kiedy czynnik biologiczny jakim był COVID-19 spowodował rozprzestrzenianie się epidemii wśród uczestników jednego wydarzenia. Bardzo w takich przypadkach liczy się czas!
Rozwiązaniem jest HoloZcan
Narzędzie będzie przydatne podmiotom zajmującym się bezpieczeństwem - policji, wojsku, pracownikom pomocy humanitarnej, menedżerom ds. zarzadzania klęskami żywiołowymi, jak i zarządzania kryzysowego, osobom odpowiedzialnym za bezpieczeństwo publiczne czy infrastrukturę krytyczną.
Służbom potrzebne jest urządzenie, które usprawni ich działania w terenie, gdzie liczy się czasem każda sekunda. Dzięki temu zwiększą się możliwości wykrywania i pomiaru czynników biologicznych poprzez opracowanie automatycznego i przenośnego systemu ich wykrywania umożliwiającego również ich automatyczną klasyfikacje.
dr Marcin Niemcewicz, kierownik projektu w UŁ
Jak to działa?
Urządzenie oparte jest na technologii mikroskopii holograficznej, która umożliwia uzyskanie głębi ostrości oraz pozwala na szybkie obrazowanie w technologii 3D. W skrócie, obrazowanie opiera się podzieleniu wiązki laserowej na dwie składowe: wiązka sygnałowa (padająca bezpośrednio na obrazowany element) oraz wiązki referencyjnej.
Powstający w ich wyniku hologram referencyjny umożliwi ominięcie procesu barwienia bakterii. Do softwaru urządzenia wprowadzone zostaną obrazy przygotowanych z wykorzystaniem mikroskopii świetlnej cyfrowych zdjęć zarówno bakterii, jak również najczęściej spotykanych zanieczyszczeń (kurz, pyłki itd.). Będzie to tzw. proces uczenia urządzenia. Zostanie również stworzona baza danych bakterii oraz zanieczyszczeń.
Docelowo urządzenie w praktyce będzie w stanie na podstawie bazy danych oraz odpowiednich algorytmów, jak np. kształt, wielkość bakterii, rozróżnić ich rodzaj oraz odróżnić od najczęstszych zanieczyszczeń mikroskopii.
Wyniki będą otrzymywane w przeciągu 5-10 minut, co znacznie skróci i uprości proces detekcji patogenów przez służby reagowania kryzysowego oraz inne podmioty zajmujące się ogólnie pojętymi zagadnieniami bezpieczeństwa biologicznego.
dr Marcin Niemcewicz, kierownik projektu w UŁ
O projekcie HoloZcan
Pełna nazwa projektu to Deep Learning Powered Holographic Microscopy for Biothreat Detection on Field – "Zastosowanie mikroskopii holograficznej do polowej identyfikacji zagrożeń biologicznych".
To nowy projekt, finansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach programu Horyzont 2020, w który zaangażowany jest Uniwersytet Łódzki. Na jego realizację pozyskano kwotę 4 380 400 EUR, z czego kwota 611 500 EUR sanowi budżet Uniwersytetu Łódzkiego.
Wydział Biologii i Ochrony Środowiska UŁ już od kilku lat prowadzi współpracę ze służbami i instytucjami z całego świata w obszarze bezpieczeństwa obiektów dzięki istnieniu Centrum Zapobiegania Zagrożeniom Biologicznym UŁ. Projekt rozpoczął się w czerwcu 2021 i potrwa 36 miesięcy.
W Konsorcjum współpracuje 9 instytucji:
- instytucje naukowe (Uniwersytet Łódzki, Politechnika Mediolańska z Włoch oraz Instytut Pasteura z Francji),
- eksperci dziedzinowi (IDEAS Science z Węgier, DataSenseLabs z Węgier, Sioux-CCM BV z Holandii, DMI Associates z Francji, ZugMedical System SAS z Francji),
- potencjalni odbiorcy docelowi (Komenda Stołeczna Policji).
Projekt podzielony jest na 6 pakietów roboczych, takich jak:
- Project management – Zarządzanie projektem,
- Biohazard classification system development- Klasyfikacja zagrożeń pod kątem rozwoju systemu,
- Bio sampling and system maintenance – Procedury próbobiorcze oraz konserwacja systemu,
- Integration, adjustment, calibration and validation of the instrumentation – Integracja, kalibracja, walidacja system,
- Users’ engagement, dissemination, exploitation and training – Rozpowszechnianie otrzymanych wyników, szkolenia docelowych odbiorców,
- Ethics – Zagadnienia etyczne.
Uniwersytet Łódzki zaangażowany jest w realizację wszystkich pakietów roboczych, a w szczególności przewodzi zadaniom w pakietach 2 i 3, w tym zwłaszcza:
- 2.1: Investigation of the current status of bio-detection and setting up the project infrastructure (Stworzenie opracowania dotyczącego obecnych praktyk bio-detekcyjnych pod kątem założeń systemu),
- 2.3: Build databases for biological and physical nanoparticles (stworzenie bazy danych czynników biologicznych oraz możliwych fizycznych zanieczyszczeń badanych próbek),
- 3.1 Design a sampling strategy (Opracowanie strategii próbobiorczej).
Ponadto przedstawiciele Uniwersytetu Łódzkiego są członkami ustanowionych w projekcie Komisji ds. informacji niejawnych oraz zagadnień etycznych. Wynikiem końcowym projektu będzie prototyp na 6. poziomie gotowości technologicznej.
Bieżące informacje na temat postępów prac w projekcie dostępne są na LinkedIn i Twitter
Materiał źródłowy: CZZB UŁ; redakcja Centrum Promocji UŁ