Diagnosticering af sygdomme i realtid med smartphones

Smartphones er i stand til at give os retninger, når vi går tabt, at sende fotos og videoer til vores venner på få sekunder, og endda hjælpe os med at finde den bedste burger joint i en radius på tre kilometer. Men forskere fra University of Houston bruger smartphones til en anden meget vigtig funktion:diagnosticering af sygdomme i realtid.

Forskerne udvikler et sygdomsdiagnostisk system, der tilbyder resultater, der kun kan læses ved hjælp af en smartphone og en linse på 20 dollar.

Systemet er tanken om Jiming Bao, adjunkt i el- og computerteknik, og Richard Willson, Huffington-Woestemeyer Professor i kemisk og biomolekylær teknik. Det blev oprettet gennem tilskud fra National Institutes of Health og Welch Foundation, og blev præsenteret i februar i ACS Photonics .

Denne nye enhed, ligesom stort set alle diagnostiske værktøjer, er afhængig af specifikke kemiske interaktioner, der dannes mellem noget, der forårsager en sygdom - en virus eller bakterier, for eksempel - og et molekyle, der kun binder sig til den ene ting, som et sygdomsbekæmpende antistof. En binding, der dannes mellem en strep -bakterie og et antistof, der kun interagerer med strep, for eksempel, kan understøtte en jernklædt diagnose.

Tricket er at finde en måde til hurtigt at opdage disse kemiske interaktioner, billigt og let. Den løsning, Bao og Willson foreslår, indebærer et enkelt glasglas og en tynd film af guld med tusinder af huller stukket i.

At oprette dette dias er i sig selv en præstation. Denne opgave, ledet af Bao, starter med et standard dias dækket af et lysfølsomt materiale kendt som en fotoresist. Dernæst bruger han en laser til at oprette en række interferens -udkant - stort set linjer - på diaset, og derefter roterer den 90 grader og skaber en anden serie af interferens -frynser. Skæringspunkterne mellem disse to sæt linjer skaber et fiskenetmønster for UV -eksponering på fotoresisten. Fotoresisten udvikles derefter og vaskes væk.

Mens det meste af diaset derefter er ryddet, pletterne omgivet af krydsende laserlinjer - 'hullerne' i fiskenettet - forbliver dækket, dybest set danner søjler i fotoresist.

Næste, han udsætter objektglasset for fordampet guld, som fastgøres til fotoresist og den omgivende rene glasoverflade. Bao udfører derefter en procedure kaldet lift-off, som i det væsentlige vasker fotoresist -søjlerne og guldfilmen fast på dem.

Slutresultatet er et glasglas dækket af en guldfilm med ordnede rækker og søjler med gennemsigtige huller, hvor lys kan passere igennem.

Disse huller, måler cirka 600 nanometer hver, er nøglen til systemet. Willson og Baos enhed diagnosticerer en sygdom ved at blokere lyset med en sygdoms-antistofbinding-plus et par ekstra ingredienser.

Her er hvor Willson kommer ind. En internationalt kendt biomolekylær ingeniør, Willson starter med at placere sygdomsantistoffer i hullerne, hvor de er lokket til at klæbe til glasoverfladen. Næste, han flyder en biologisk prøve over diaset. Hvis prøven indeholder den bakterie eller virus, der søges, det vil binde sig med antistoffet i hullet.

Dette bånd alene, selvom, blokerer ikke lyset. "Det, der binder sig til antistoffet, er sandsynligvis ikke stort og gråt nok til at mørkere dette hul, så du skal finde en måde at mørklægge det på en eller anden måde, "Sagde Willson.

Willson opnår dette ved at flyde en anden runde af antistoffer, der binder sig til bakterierne over objektglasset. Vedhæftet disse antistoffer er enzymer, der producerer sølvpartikler, når de udsættes for visse kemikalier. Med dette andet sæt antistoffer nu knyttet til eventuelle bakterier i hullerne, Willson udsætter derefter hele systemet for de kemikalier, der tilskynder til sølvproduktion.

Cirka 15 minutter senere skyller han af diaset. Takket være guldets kemiske egenskaber, sølvpartiklerne i hullerne forbliver på plads, fuldstændig blokering af lys.

Det er her, smartphonen kommer ind. En af fordelene ved dette system er, at resultaterne kan læses med enkle værktøjer. Et grundlæggende mikroskop, der bruges i folkeskolens klasselokaler, Willson sagde, giver nok lys og forstørrelse til at vise, om hullerne er blokeret. Med et par små justeringer, en lignende læsning kunne næsten helt sikkert foretages med en telefons kamera, blitz og et objektiv, der kan fastgøres.

Dette system, derefter, lover aflæsninger, der er overkommelige og nemme at fortolke.

"Nogle af de mere avancerede diagnosesystemer har brug for $ 200, 000 instrumenter værd for at læse resultaterne, "sagde Willson." Med dette, du kan føje $ 20 til en telefon, du allerede har, og du er færdig. "

Der er stadig store tekniske forhindringer, der skal ryddes, før systemet kan rulles ud, Willson bemærkede. En af de største udfordringer er at finde en måde at drive bakterier og vira i prøven ned på overfladen af ​​objektglasset for at sikre de mest nøjagtige resultater.

Men hvis disse problemer er overvundet, systemet ville være et glimrende værktøj for sundhedsudbydere på området.

På stedet for en industriulykke, for eksempel, hullerne på et enkelt dias kunne være befolket med molekyler, der binder sig til 10 potentielle kontaminanter, giver responsgrupper mulighed for hurtigt at vurdere situationen. I økonomisk dårligt stillede områder, et sådant system kunne bruges til at screene store grupper af mennesker for udbredte og alvorlige sundhedsproblemer, som diabetes.

"Der er mange situationer, hvor et diagnostisk værktøj til en overkommelig pris, der er enkelt at bruge og let at fortolke, kan være meget nyttigt, "sagde Willson." Hvis både din engangsartikler og din læser er billige, det gør det meget lettere at udvide dit system ud i den virkelige verden. "