Używanie smartfona do wykrywania wysoce zaraźliwego wirusa
Nowe urządzenie wykorzystuje smartfon i papierowy mikroprzepływowy chip do wykrywania bardzo niskich poziomów norowirusa.
Norowirus jest bardzo zaraźliwym wirusem odpowiedzialnym za około 19–21 milionów przypadków ostrego zapalenia żołądka i jelit rocznie w Stanach Zjednoczonych.
W rzeczywistości norowirus jest „główną przyczyną chorób przenoszonych przez żywność” w Stanach Zjednoczonych
Norowirus jest również odpowiedzialny za do 1,9 miliona wizyt w szpitalu i kolejne 400 000 wizyt na oddziale ratunkowym. Kosztuje to USA około 2 miliardów dolarów wydatków na opiekę zdrowotną i utratę wydajności pracy.
Wirus może być zaraźliwy na bardzo niskim poziomie, a zaledwie 10 cząsteczek wirusa wystarczy do wywołania infekcji.
Dlatego naukowcy z University of Arizona (UA) w Tucson postanowili stworzyć skuteczny sposób wykrywania nawet najmniejszych poziomów wirusa.
Projekt współkierowali trzej badacze: Jeong-Yeol Yoon z Wydziału Inżynierii Biomedycznej UA; Soo Chung, doktorant w laboratorium Yoon; oraz Kelly A. Reynolds, przewodnicząca Wydziału ds. Społeczności, Środowiska i Polityki w Mel & Enid Zuckerman College of Public Health na UA.
Yoon przedstawił wyniki badań na American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition w San Diego w Kalifornii, a artykuł ukazuje się teraz w czasopiśmie ACS Omega.
Jak działa tanie i szybkie urządzenie
Wirus może bardzo szybko rozprzestrzeniać się w wodzie. Istniejące urządzenia do wykrywania norowirusów wymagają laboratorium oraz szeregu mikroskopów, laserów i kosztownych spektrometrów. Są to instrumenty mierzące rodzaje promieniowania i długość fali.
W nowej metodzie naukowcy wykorzystali proste materiały, w tym papier i smartfon. Chung wyjaśnia, w jaki sposób papier może przekształcić się w mikroprzepływowe wióry.
„Podłoże papierowe jest bardzo tanie i łatwe w przechowywaniu, a my możemy łatwo wyprodukować takie wióry” - mówi. „Włóknista struktura papieru umożliwia również spontaniczny przepływ cieczy bez stosowania systemów pompowania, których zwykle wymagają inne wióry, takie jak wióry silikonowe”.
Zazwyczaj naukowcy mierzą sposób odbijania światła w próbce za pomocą analizy spektrometrycznej. Jednak niejednorodny (porowaty) aspekt papieru, wraz z jego optyczną nieprzezroczystością, może generować „rozpraszanie i odbicie w tle”.
Aby pokonać tę przeszkodę, naukowcy opracowali metodę, w której zamiast mierzyć natężenie światła, zliczali kulki fluorescencyjne.
Metoda polega na dodaniu wody do jednego końca papierowego mikroprzepływowego mikroukładu, a na drugim końcu kulek z fluorescencyjnego polistyrenu.
Każdy z tych małych koralików jest przymocowany do przeciwciała, które zwalcza wirusa. Jeśli norowirus jest obecny w wodzie, kilka przeciwciał atakuje go, przyczepiając się do cząsteczki wirusa i tworząc fluorescencyjną grudkę.
„Cząsteczki norowirusa są zbyt małe, aby można je było sfotografować za pomocą mikroskopu w smartfonie, podobnie jak przeciwciała” - wyjaśnia Yoon. „Ale kiedy masz dwa, trzy lub więcej tych kulek połączonych razem, oznacza to, że istnieje norowirus, który powoduje agregację kulek”.
Kępki koralików są wystarczająco duże, aby smartfon mógł je podnieść i sfotografować. Naukowcy stworzyli również aplikację na smartfony, która zlicza cząsteczki norowirusa w próbce.
„Nie musisz być naukowcem ani inżynierem, aby obsługiwać urządzenie” - mówi Yoon. „Analiza zostanie wykonana automatycznie przez aplikację na smartfony, więc jedyne, o co musisz się martwić, to załadowanie próbki wody do chipa”.
Urządzenie jest również tanie, a jego najdroższy komponent kosztuje mniej niż 50 USD.
„Postępy w szybkim monitorowaniu ludzkich wirusów w wodzie mają zasadnicze znaczenie dla ochrony zdrowia publicznego” - mówi Reynolds.
„Ta szybka i niedroga technologia monitorowania jakości wody może być narzędziem transformacji w zmniejszaniu obciążenia chorobami lokalnymi i globalnymi”.
Kelly A. Reynolds
