Використання смартфона для виявлення дуже заразного вірусу
Новий пристрій використовує смартфон та паперовий мікрофлюїдний чіп для виявлення надзвичайно низьких рівнів норовірусу.
Норовірус - це дуже заразний вірус, відповідальний за приблизно 19–21 мільйони випадків гострого гастроентериту в США.
Насправді норовірус є "основною причиною харчових захворювань" у США
Також Норовірус відповідає за до 1,9 мільйона відвідувань лікарні та ще 400 000 відвідувань відділення невідкладної допомоги. Це коштує США близько 2 мільярдів доларів на витрати на охорону здоров'я та втрату продуктивності роботи.
Вірус може бути заразним при дуже низьких рівнях, достатньо лише 10 частинок вірусу, щоб викликати інфекцію.
Отже, дослідники з Університету Арізони (Турік) у Тусоні задумали створити ефективний спосіб виявлення навіть найменших рівнів вірусу.
Троє дослідників були спільними керівниками проекту: Jeong-Yeol Yoon, з кафедри біомедичної інженерії UA; Су Чунг, докторант лабораторії Юна; та Келлі А. Рейнольдс, голова департаменту спільноти, навколишнього середовища та політики Коледжу громадського здоров’я імені Мела та Ініда Цукермана в UA.
Юн представив дослідження на Національній зустрічі та виставці Американського хімічного товариства восени 2019 року в Сан-Дієго, Каліфорнія, і стаття тепер з'являється в журналі САУ Омега.
Як працює дешевий і швидкий пристрій
Вірус може дуже швидко поширюватися через воду. Існуючі пристрої для виявлення норовірусу вимагають лабораторії та ряду мікроскопів, лазерів та дорогих спектрометрів. Це прилади, які вимірюють типи випромінювання та довжину хвилі.
За допомогою нового методу дослідники використовували прості матеріали, включаючи папір та смартфон. Чунг пояснює, як можна перетворити папір на мікрорідкі мікросхеми.
"Паперова підкладка дуже дешева і проста в зберіганні, і ми можемо легко виготовити ці чіпи", - говорить він. "Волокниста структура паперу також дозволяє рідини спонтанно текти без використання насосних систем, які зазвичай потрібні іншим стружкам, таким як кремній."
Зазвичай вчені вимірюють, як світло відображається у зразку, використовуючи спектрометричний аналіз. Однак неоднорідний (пористий) аспект паперу, разом з оптичною непрозорістю, можуть генерувати «розсіювання та відбиття фону».
Щоб подолати цю перешкоду, дослідники розробили метод, за допомогою якого підраховували флуоресцентні кульки замість того, щоб вимірювати інтенсивність світла.
Спосіб полягає у додаванні води до одного кінця паперової мікрофлюїдної мікросхеми, а до бісеру з флуоресцентного полістиролу - до іншого.
Кожна з цих крихітних намистин прикріплена до антитіла, яке бореться з вірусом. Якщо у воді присутній норовірус, кілька антитіл продовжують атакувати його, прикріплюючись до частинок вірусу і утворюючи флуоресцентну грудку.
"Частинки норовірусу занадто малі, щоб їх можна було зобразити за допомогою мікроскопа смартфона, а також антитіла", - пояснює Юн. "Але коли у вас є дві або три або більше цих кульки, з’єднаних між собою, це вказує на те, що там є норовірус, і кульки накопичуються".
Скупчення намистин досить великі, щоб смартфон міг їх взяти і сфотографувати. Дослідники також створили додаток для смартфона, яке підраховує частинки норовірусу у зразку.
"Для запуску пристрою не потрібно бути вченим або інженером", - говорить Юн. "Аналіз буде виконуватися автоматично за допомогою програми для смартфона, тому все, про що вам потрібно турбуватися, - це завантаження зразка води на чіп".
Пристрій також дешевий, його найдорожчий компонент коштує менше 50 доларів.
"Досягнення швидкого моніторингу вірусів людини у воді є надзвичайно важливим для захисту здоров'я населення", - говорить Рейнольдс.
"Ця швидка, недорога технологія моніторингу якості води може стати інструментом трансформації для зменшення як місцевого, так і глобального тягаря захворювань".
Келлі А. Рейнольдс
