Enhed, der anvender molekylær teknik, kunne give ultrafølsomme, automatiseret system til at opdage vira, sygdom

En innovation på Purdue University kunne tillade meget følsom påvisning af en infektionssygdom som HIV eller kighoste ved at bruge en billig, automatiseret, point-of-care-test, der i emballage ligner en graviditetstest.

Den papirbaserede test kunne tillade ultrafølsom påvisning af patogener med minimal brugerinteraktion og uden at skulle sende testen til et laboratorium og vente på resultater.

Jacqueline Linnes, en assisterende professor ved Purdues Weldon School of Biomedical Engineering, udvikler teknologien ved hjælp af nukleinsyreamplifikationstest (NAAT) på papir, som er en molekylær teknik, der bruges til at påvise et bestemt virus eller bakterielt patogen i en blodprøve, væv eller kropsvæske. Andre medopfindere af teknologien er Megan Chiu og Rui Shen, to bachelorstuderende, og Elizabeth Phillips, Kristin Byers og Orlando Hoilett, kandidatstuderende, alle i Purdue's College of Engineering.

"Eksisterende NAAT'er kræver ofte brug af en stor, omfangsrigt instrument, der indeholder komplekse, sprøjtestøbte plastikpatroner, der hver kan koste $30 eller mere, mere end dobbelt så dyre som laboratoriebaserede tests med høj kapacitet, sagde Linnes.

Linnes sagde, at de nuværende papirbaserede NAAT'er udgør begrænsninger.

"Andre forskningslaboratorier har udviklet papirbaserede NAAT'er, der kræver flere, brugeraktiverede trin til at flytte prøven fra forberedelse til amplifikation og derefter til detektionsundersystemer, " sagde Linnes. "Disse brugerinitierede trin er punkter med potentielle fejl, der kan resultere i prøvekontamination og i ukontrolleret timing af amplifikationsreaktioner. Med vores teknologi sigter vi efter at integrere hvert trin i et enkelt, lavpris, automatiseret proces."

Linnes Lab har specialiseret sig i at udvikle ultrasensitive, lavpris, point-of-care diagnostik ved at udnytte væskestrømningsegenskaberne for papir og voks. Linnes Lab har udviklet en teknologi til at printe voksblækventiler, der åbner og lukker med lokal opvarmning for at muliggøre flertrinsreaktioner inden for en enkelt papirbaseret test.

"Et-trins point-of-care diagnostik som test for graviditet og malaria bruger kapillær virkning i papir til at flytte væsker langs en detektionsvej, " sagde Linnes. "Desværre, de fleste sygdomsdiagnoser kræver meget mere komplicerede flertrinsreaktioner, end disse simple papirtest kan udføre."

Teknologien, der udvikles, gør det muligt at printe amplifikationsreagenser på papir og skifte til bestemte gen-targets, at opdage forskellige sygdomme eller endda opdage det samme patogen og se, om det er antibiotika-resistent.

Innovationen bekæmper spørgsmålet om at skulle inkubere patogenet i et bestemt tidsrum, flyt derefter prøven til en separat detektion, eliminerer overdreven brugerinteraktion.

"NAAT'er kræver, at patogenet af interesse inkuberer i 15-30 minutter, nogle gange længere før opdagelse, " sagde Linnes. "Vores teknologi har temperaturkontrollerede voksventiler, som automatiserer fluidikken på papiret i enheden. Ventilerne er i stand til at fange og inkubere væsken til amplifikation. Når først inkuberet, ventilerne kan opvarmes af modstande trykt på bagsiden af ​​papiret for at tillade væsken at gå nedstrøms til en lateral flowtest. Denne endelige påvisning er lige så let som at visualisere en streg på en graviditetstest."

Linnes sagde, at de enkelte komponenter i enheden er blevet testet med succes.

"Vi har testet hver del af enheden separat med succesfulde resultater. Vores mål er at lave fuld integrationstest, når det hele er samlet i år, " sagde hun. Den oprindelige forskning til dette projekt modtog midler fra Bill &Melinda Gates Foundation Grand Challenges til at arbejde hen imod en platformstest til at opdage HIV. "Vi arbejder også på påvisning af kolera, en smitsom og ofte dødelig diarrésygdom, i Haiti, samt Bordetella pertussis, som er kighoste."