Автоматизированное прогнозирование зон исключения бактерий на СЭМ-изображениях графен-полимерных композитов

Для противодействия растущей угрозе бактериальных инфекций в постантибиотическую эпоху интенсивно разрабатываются новые материалы с антибактериальными свойствами. Ключевым узким местом этого направления является скорость оценки антибактериального потенциала новых материалов. Для решения этой задачи мы разработали автоматизированный конвейер прогнозирования антибактериального потенциала на основе изображений инженерно созданных поверхностей, полученных методом сканирующей электронной микроскопии. Мы разработали полимерные композиты, содержащие графитовые ориентированные нанопластинки (GNP). Ключевым свойством, которое должен учитывать алгоритм, является плотность острых открытых краёв GNP, убивающих бактерии при контакте. Площадь поверхности этих острых открытых краёв GNP, доступных бактериям, должна быть меньше диаметра типичной бактериальной клетки. Для проверки этого предположения мы подготовили несколько композитов с различным распределением открытых краёв GNP. Для каждого из них наш алгоритм прогнозировал процентную долю зоны исключения бактерий, после чего результат был экспериментально подтверждён путём измерения снижения жизнеспособности оппортунистического патогена Staphylococcus epidermidis. Мы наблюдали выраженную линейную корреляцию между прогнозируемой зоной исключения бактерий и измеренным снижением жизнеспособности (R2 = 0.95). Использованные нами параметры алгоритма не являются универсально применимыми к любым антибактериальным поверхностям. Для каждой поверхности необходимо определить ключевые механистические параметры, обеспечивающие успешное прогнозирование.