Использование смартфона для обнаружения очень заразного вируса
Новое устройство использует смартфон и бумажный микрожидкостный чип для обнаружения чрезвычайно низких уровней норовируса.
Норовирус - очень заразный вирус, от которого ежегодно в США заболевают около 19–21 миллиона случаев острого гастроэнтерита.
Фактически, норовирус является «ведущей причиной болезней пищевого происхождения» в США.
Норовирус также является причиной 1,9 миллиона посещений больниц и еще 400 000 обращений в отделения неотложной помощи. Это обходится США примерно в 2 миллиарда долларов в виде расходов на здравоохранение и потери производительности труда.
Вирус может быть заразным на очень низких уровнях, всего 10 вирусных частиц достаточно, чтобы вызвать инфекцию.
Итак, исследователи из Университета Аризоны (UA) в Тусоне решили создать эффективный способ обнаружения даже самых маленьких уровней вируса.
Проектом руководили три исследователя: Чон-Ёль Юн из отдела биомедицинской инженерии UA; Су Чанг, доктор-исследователь лаборатории Юна; и Келли А. Рейнольдс, заведующая кафедрой по вопросам сообществ, окружающей среды и политики Колледжа общественного здравоохранения Мел и Энид Цукерман в UA.
Юн представил исследование на Национальном собрании и выставке Американского химического общества осенью 2019 года в Сан-Диего, Калифорния, и теперь статья опубликована в журнале. САУ Омега.
Как работает дешевое и быстрое устройство
Вирус может очень быстро распространяться через воду. Существующие устройства для обнаружения норовирусов требуют лаборатории и ряда микроскопов, лазеров и дорогостоящих спектрометров. Это инструменты, которые измеряют типы излучения и длину волны.
В новом методе исследователи использовали простые материалы, включая бумагу и смартфон. Чанг объясняет, как бумага может превращаться в микрожидкостные чипы.
«Бумажная основа очень дешевая, и ее легко хранить, и мы можем легко изготовить эти чипы», - говорит он. «Волокнистая структура бумаги также позволяет жидкости самопроизвольно течь без использования насосных систем, которые обычно требуются для других чипов, таких как кремниевые чипы».
Обычно ученые измеряют, как свет отражается в образце, с помощью спектрометрического анализа. Однако неоднородный (пористый) вид бумаги вместе с ее оптической непрозрачностью может вызвать «фоновое рассеяние и отражение».
Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи разработали метод, в котором они подсчитывали флуоресцентные шарики вместо измерения интенсивности света.
Метод заключается в добавлении воды к одному концу бумажного микрожидкостного чипа и шариков из флуоресцентного полистирола к другому концу.
Каждая из этих крошечных гранул прикреплена к антителу, которое борется с вирусом. Если в воде присутствует норовирус, несколько антител атакуют его, прикрепляясь к вирусной частице и создавая флуоресцентный сгусток.
«Частицы норовируса слишком малы, чтобы их можно было отобразить с помощью микроскопа смартфона, как и антитела», - объясняет Юн. «Но когда у вас есть две, три или более гранул, соединенных вместе, это указывает на присутствие норовируса, вызывающего агрегацию гранул».
Глыбы бусинок достаточно большие, чтобы смартфон мог их поднять и сфотографировать. Исследователи также создали приложение для смартфона, которое подсчитывает количество частиц норовируса в образце.
«Чтобы запустить устройство, не нужно быть ученым или инженером», - говорит Юн. «Анализ будет выполняться автоматически приложением для смартфона, поэтому все, о чем вам нужно беспокоиться, - это загрузить образец воды на чип».
Устройство также дешевое, его самый дорогой компонент стоит менее 50 долларов.
«Достижения в области быстрого мониторинга вирусов человека в воде имеют важное значение для защиты здоровья населения», - говорит Рейнольдс.
«Эта быстрая и недорогая технология мониторинга качества воды может стать революционным инструментом для снижения как местного, так и глобального бремени болезней».
Келли А. Рейнольдс
