Brug af en smartphone til at opdage en meget smitsom virus
En ny enhed bruger en smartphone og en papirmikrofluidchip til at detektere ekstremt lave niveauer af norovirus.
Norovirus er en meget smitsom virus, der er ansvarlig for omkring 19-21 millioner årlige tilfælde af akut gastroenteritis i USA.
Faktisk er norovirus "den største årsag til fødevarebåren sygdom" i USA.
Norovirus er også ansvarlig for op til 1,9 millioner hospitalsbesøg og yderligere 400.000 besøg på akutafdelingen. Dette koster USA omkring $ 2 mia. I sundhedsudgifter og tab af jobproduktivitet.
Virussen kan være smitsom ved meget lave niveauer, hvor kun 10 viruspartikler er nok til at forårsage en infektion.
Så forskere fra University of Arizona (UA) i Tucson satte sig for at skabe en effektiv måde at opdage selv de mindste niveauer af virussen på.
Tre forskere ledede projektet: Jeong-Yeol Yoon, fra Institut for Biomedicinsk Ingeniør ved UA; Soo Chung, en doktorgradsforsker i Yoon's laboratorium; og Kelly A. Reynolds, formand for afdelingen for samfund, miljø og politik i Mel & Enid Zuckerman College of Public Health ved UA.
Yoon præsenterede forskningen på American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition i San Diego, CA, og papiret vises nu i tidsskriftet ACS Omega.
Hvordan den billige og hurtige enhed fungerer
Virussen kan sprede sig meget hurtigt gennem vand. Eksisterende enheder til påvisning af norovirus kræver et laboratorium og en række mikroskoper, lasere og dyre spektrometre. Dette er instrumenter, der måler typer af stråling og bølgelængde.
Med den nye metode brugte forskerne enkle materialer, herunder papir og en smartphone. Chung forklarer, hvordan det er muligt for papir at omdannes til mikrofluid chips.
”Papirsubstrat er meget billigt og let at opbevare, og vi kan nemt fremstille disse chips,” siger han. "Papirets fibrøse struktur tillader også væske at strømme spontant uden brug af pumpesystemerne, som andre chips, som f.eks. Siliciumchips, normalt kræver."
Typisk måler forskere, hvordan lys reflekteres i en prøve ved hjælp af spektrometri-analyse. Imidlertid kan det ikke-homogene (porøse) aspekt af papir sammen med dets optiske opacitet skabe "baggrundsspredning og refleksion."
For at overvinde denne hindring udviklede forskerne en metode, hvor de tællede fluorescerende perler i stedet for at måle lysintensitet.
Metoden består i at tilføje vand til den ene ende af en papirmikrofluidchip og perler lavet af fluorescerende polystyren til den anden ende.
Hver af disse små perler er knyttet til et antistof, der bekæmper virussen. Hvis norovirus er til stede i vandet, angriber adskillige antistoffer det og binder sig til viruspartiklen og skaber en fluorescerende klump.
”Noroviruspartikler er for små til at blive afbildet af et smartphonesmikroskop, og det samme er antistoffer,” forklarer Yoon. "Men når du har to eller tre eller flere af disse perler forbundet, betyder det, at norovirussen er der, hvilket får perlerne til at samle sig."
Perleklyngerne er store nok til, at en smartphone kan hente dem og fotografere dem. Forskerne oprettede også en smartphone-app, der tæller noroviruspartiklerne i prøven.
"Du behøver ikke at være videnskabsmand eller ingeniør for at køre enheden," siger Yoon. "Analysen udføres automatisk af smartphone-appen, så alt hvad du skal bekymre dig om er at lægge en prøve vand på chippen."
Enheden er også billig, da den dyreste komponent koster mindre end $ 50.
”Fremskridt med hurtig overvågning af humane vira i vand er afgørende for at beskytte folkesundheden,” siger Reynolds.
"Denne hurtige, lave omkostningsovervågningsteknologi for vandkvalitet kan være et transformationsværktøj til at reducere både lokale og globale sygdomsbyrder."
Kelly A. Reynolds
