Smartphone-baseret enhed til detektering af norovirus, krydstogtskibsmikroben

gjort berygtet af udbrud på krydstogtskibe, norovirus kan virkelig ødelægge en ferie, forårsager alvorlig opkastning, diarré og mavesmerter. Men den meget smitsomme virus kan også ramme tættere på hjemmet, med vand- og fødevarebårne udbrud, der forekommer i kommunale vandsystemer, skoler og restauranter. I dag, forskere rapporterer en følsom, bærbar enhed, der kan detektere så få som en håndfuld noroviruspartikler i vand.

Forskerne vil præsentere deres resultater på American Chemical Society (ACS) National Meeting &Exposition efterår 2019.

"Det kræver kun et meget lille antal noroviruspartikler at forårsage en infektion hos mennesker, så vi har brug for en virkelig følsom detektionsmetode, " siger Jeong-Yeol Yoon, Ph.D., der ledede holdet. "Også, Forskere er ikke i stand til at dyrke norovirus i laboratoriet, og tilgængelige antistoffer mod patogenet er ikke særlig stærke." Som et resultat, påvisning af meget små mængder norovirus i vand- eller fødevareprøver involverer typisk en polymerasekædereaktion (PCR)-baseret metode, som tager flere timer og skal udføres i et laboratorium af uddannet personale.

I tidligere arbejde, Yoon og hans kolleger ved University of Arizona udviklede en smartphone-baseret enhed, der kunne detektere lave niveauer af norovirus ved at måle lyset spredt fra virusbundne polystyrenperler i en papirmikrofluidisk chip. "Selvom vores registreringsgrænse var virkelig lav, problemet var, at norovirus kan være smitsomt i endnu lavere koncentrationer, "Yoon siger." Da vi talte om dette arbejde på konferencer, den feedback, vi modtog, var, at vi skal levere en endnu lettere metode, der kan opdage meget lavere koncentrationer af virus. "

Så holdet gik tilbage til laboratoriet og udviklede en ny tilgang, der bruger fluorescens, snarere end lysspredning, at opdage norovirus. Forskerne konverterede en almindelig smartphone til et fluorescensmikroskop ved at vedhæfte et kommercielt tilgængeligt lysmikroskop tilbehør, en separat lyskilde og to båndpasfiltre. Til en kanal af deres papirmikrofluidchip, de tilføjede en vandprøve indeholdende norovirus. Derefter, forskerne tilføjede en suspension af fluorescerende perler med antistoffer mod norovirus knyttet til dem. Papirets kapillærvirkning fik de to væsker til at flyde og blandes. Hver enkelt noroviruspartikel blev bundet til flere fluorescerende perler via deres vedhæftede antistoffer, hvilket får perlerne til at aggregere og producere en meget større størrelse af fluorescerende billede.

Teamet tog billeder af chippen med deres smartphone-baserede fluorescensmikroskop, og en app beregnede noroviruskoncentrationer ud fra billedernes pixeltælling. "Den laveste detektionsgrænse svarede til omkring 5 eller 6 noroviruspartikler pr. Prøve, så det er meget tæt på enkeltvirusniveauet, " siger Yoon. Fordi så få som 10 viruspartikler kan forårsage sygdom hos mennesker, den nye metode er følsom nok til praktiske anvendelser.

For nylig, Yoon og kolleger gjorde systemet mere kompakt og håndholdt ved at omslutte det fluorescerende mikroskop, lyskilde og optiske filtre i et 3D-trykt etui. De udviklede også en cloud-computing-app til at analysere de store billeder og sende resultaterne tilbage til smartphonen. Ud over, de fandt en måde at koncentrere prøver i papirchippen, så de kan analysere meget større prøvevolumener.

Enheden kunne registrere små mængder norovirus i både renset vand og genvundet spildevand, som er meget beskidt. Postevand, på den anden side, var tilbøjelig til at fejle. "Vi mener, at kloren i postevand påvirker analysen, " siger Yoon. "Vi tror ikke, det vil være et problem at behandle vandet for at fjerne klor, før vi udfører vores metode." Yoon forestiller sig, at personalet i kommunale vandsystemer kunne bruge enheden og appen til at tjekke for norovirus i vandforsyningen. For at teste brugen af ​​analysen i marken, holdet samarbejder med Kelly Reynolds, Ph.D., på samme institution, samt Tucson Water.

Nu, Yoon og kolleger arbejder på at bruge deres smartphone-baserede enhed til at diagnosticere norovirusinfektioner hos patienter på et tidligere tidspunkt, end det er muligt i øjeblikket. At gøre dette, de planlægger at analysere afføringsprøver. "Når norovirus når niveauer, der kan påvises med andre metoder, personen er allerede alvorligt syg, " siger Yoon. "Men hvis vi kan opdage virussen tidligere, de kan modtage lægehjælp før. "Tidlig opsporing kan også hjælpe med at dæmme op for spredning af sygdom i isolerede, overfyldte situationer som krydstogtskibe, hvor skelnen mellem en løbsk mavebesvær og en norovirusinfektion kunne vejlede karantæneindsatsen eller fremskynde at få en passager i havn til behandling.