Brug af en smartphone til at opdage norovirus

En lille smule norovirus - den meget smitsomme mikrobe, der hvert år forårsager omkring 20 millioner tilfælde af madforgiftning - går langt. Kun 10 partikler af virussen kan forårsage sygdom hos mennesker. Et team af forskere fra University of Arizona har skabt en enkel, bærbar og billig metode til påvisning af ekstremt lave niveauer af norovirus.

Jeong-Yeol Yoon, en forsker i Institut for Biomedicinsk Teknik; Soo Chung, en biosystem ingeniør doktorand, der arbejder i Yoons Biosensors Lab; og Kelly A. Reynolds, Formand for Institut for Fællesskab, Miljø og politik i Mel &Enid Zuckerman College of Public Health, ledet projektet. Teamet offentliggjorde deres resultater i ACS Omega , det officielle tidsskrift for American Chemical Society, og Yoon præsenterer forskningen på ACS Fall 2019 National Meeting &Exposition i San Diego i denne uge.

"Fremskridt inden for hurtig overvågning af menneskelige vira i vand er afgørende for at beskytte folkesundheden, "Sagde Reynolds." Denne hurtige, lavpris vandkvalitetskontrolteknologi kan være et transformationsværktøj til at reducere både lokale og globale sygdomsbyrder. "

National Science Foundation Water and Environmental Technology Center ved UA og Tucson Water leverede begge midler til denne forskning. Mens norovirus ofte er forbundet med krydstogtskibe, den kan også hurtigt spredes gennem et samfund via sin vandforsyning. Det forårsager omkring 200, 000 dødsfald globalt hvert år.

At holde komponenter enkle

Enheder til at detektere norovirus i små mængder findes allerede, men de kræver typisk en laboratorieindstilling med en række mikroskoper, lasere og spektrometre, der kan koste tusinder af dollars. For at opdage norovirus i feltet, f.eks. på krydstogtskibe eller i kommunale vandboringer, holdet besluttede at bruge meget enklere materialer:papir, i form af mikrofluidiske chips, og en smartphone.

"Papirsubstrat er meget billigt og let at opbevare, og vi kan let fremstille disse chips, "Sagde Chung." Papirets fibrøse struktur tillader også væske at strømme spontant uden at bruge pumpesystemerne andre chips, såsom siliciumchips, normalt kræver. "

Imidlertid, forskere registrerer normalt forurenende stoffer på chipsene ved at måle spredning og refleksion af lys i en prøve, og papirets porøsitet og opacitet kan forårsage baggrundsspredning, der forstyrrer billeddannelse og gør det svært at opdage meget små koncentrationer af en virus. Så, gruppen udviklede en ny måde at opdage norovirus på, ved at tælle fluorescerende perler frem for at måle lysintensitet.

Processen starter med at tilføje potentielt forurenet vand til den ene ende af en papirmikrofluidchip. Til den anden ende, en tester tilføjer lille, fluorescerende polystyrenperler (billede de små hvide kugler inde i en sækkepose - det er det samme materiale, men meget mindre). Hver perle er knyttet til et antistof mod norovirus. Hvis norovirus er til stede, flere af antistofferne knytter sig til hver viruspartikel, skaber en lille klump fluorescerende perler.

"Noroviruspartikler er for små til at blive afbildet af et smartphone -mikroskop, og det er antistoffer også "Sagde Yoon." Men når du har to eller tre eller flere af disse perler forbundet, der angiver, at norovirus er der, får perlerne til at samle sig. "

Disse klumper af perler er store nok til, at et smartphone -mikroskop kan registrere og fotografere. Derefter, en smartphone -app, forskerne oprettede, tæller antallet af belyste pixels i billedet for at identificere antallet af samlede perler, og efterfølgende, antallet af noroviruspartikler i prøven. Det er en anden fordel ved papirchippen:Gennem kapillær handling, grupper af perler spredt ud langs papiret, gør dem lettere at tælle. Den dyreste komponent i hele enheden - smartphone -mikroskopet - koster mindre end $ 50. Det er også enkelt at bruge.

"Du behøver ikke at være en videnskabsmand eller ingeniør for at køre enheden, "Sagde Yoon." Analysen udføres automatisk af smartphone -appen, så alt du skal bekymre dig om er at lægge en prøve vand på chippen. "

I fremtiden, teamet håber at udvikle metoder til påvisning af norovirusinfektioner hos patienter endnu tidligere, og at udvide deres smartphone -overvågningsplatform for at opdage andre farer, såsom potentielt kræftfremkaldende kemikalier. De planlægger også at sprede platformens brug over hele kloden, bekæmpe og opdage vidtrækkende sygdomme med værktøjer, der er lige så udbredte.