Machine learning-enabled non-destructive paper chromogenic array detection of multiplexed viable pathogens on food

显色的 单核细胞增生李斯特菌 鉴定(生物学) 大肠杆菌 食源性病原体 病菌 人工智能 食品微生物学 生物 微生物学 化学 计算机科学 色谱法 细菌 生物化学 植物 基因 遗传学
作者
Manyun Yang,Xiaobo Liu,Yaguang Luo,Arne J. Pearlstein,Shilong Wang,Hayden Dillow,Kevin Reed,Zhen Jia,Arnav Sharma,Bin Zhou,Dan Pearlstein,Hengyong Yu,Boce Zhang
出处
期刊:Nature food [Nature Portfolio]
卷期号:2 (2): 110-117 被引量:153
标识
DOI:10.1038/s43016-021-00229-5
摘要

Fast and simultaneous identification of multiple viable pathogens on food is critical to public health. Here we report a pathogen identification system using a paper chromogenic array (PCA) enabled by machine learning. The PCA consists of a paper substrate impregnated with 23 chromogenic dyes and dye combinations, which undergo colour changes on exposure to volatile organic compounds emitted by pathogens of interest. These colour changes are digitized and used to train a multi-layer neural network (NN), endowing it with high-accuracy (91–95%) strain-specific pathogen identification and quantification capabilities. The trained PCA–NN system can distinguish between viable Escherichia coli, E. coli O157:H7 and other viable pathogens, and can simultaneously identify both E. coli O157:H7 and Listeria monocytogenes on fresh-cut romaine lettuce, which represents a realistic and complex environment. This approach has the potential to advance non-destructive pathogen detection and identification on food, without enrichment, culturing, incubation or other sample preparation steps.
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