Tæller molekyler med en almindelig mobiltelefon

Diagnostisk sundhedspleje er ofte begrænset i områder med begrænsede ressourcer, fordi de procedurer, der kræves for at detektere mange af de molekylære markører, der kan diagnosticere sygdomme, er for komplekse eller dyre til at blive brugt uden for et centralt laboratorium. Forskere i laboratoriet i Rustem Ismagilov, Caltechs Ethel Wilson Bowles og Robert Bowles Professor i kemi og kemiteknik og direktør for Jacobs Institute for Molecular Engineering for Medicine, opfinder nye teknologier, der hjælper med at bringe nye diagnostiske evner ud af laboratorier og til pleje. Blandt de vigtige krav til sådanne diagnostiske enheder er, at resultaterne - eller aflæsningerne - er robuste mod en række forskellige miljøforhold og brugerfejl.

For at imødekomme behovet for et robust aflæsningssystem til kvantitativ diagnostik, forskere i Ismagilov-laboratoriet har opfundet en ny visuel aflæsningsmetode, der bruger analytiske kemi og billedbehandling til at give entydig kvantificering af enkelte nukleinsyremolekyler, der kan udføres af ethvert mobiltelefonkamera.

Den visuelle udlæsningsmetode beskrives og valideres ved hjælp af RNA fra hepatitis C -virus - HCV RNA - i et papir i tidsskriftet 22. februar ACS Nano .

Værket anvender en mikrofluid teknologi kaldet SlipChip, som blev opfundet i Ismagilov -laboratoriet for flere år siden. Et SlipChip fungerer som en bærbar lab-on-a-chip og kan bruges til at kvantificere koncentrationer af enkelte molekyler. Hver SlipChip koder for et komplekst program til isolering af enkelte molekyler (såsom DNA eller RNA) sammen med kemiske reaktanter i brønde i nanoliter. Programmet styrer også de komplekse reaktioner i hver brønd:Chippen består af to plader, der bevæger sig - eller "glider" - i relation til hinanden, med hvert "slip", der forbinder eller adskiller hundredvis eller endda tusinder af små brønde, enten at bringe reaktanter og molekyler i kontakt eller isolere dem. Chipens arkitektur gør det muligt for brugeren at have fuldstændig kontrol over disse kemiske reaktioner og kan forhindre kontaminering, gør det til en ideel platform for en brugervenlig, robust diagnostisk udstyr.

Den nye visuelle aflæsningsmetode bygger på denne SlipChip -platform. Særlige indikatorkemikalier er integreret i brøndene på SlipChip -enheden. Efter en amplifikationsreaktion-en reaktion, der multiplicerer nukleinsyremolekyler-skifter brønde farve, afhængigt af om reaktionen i den var positiv eller negativ. For eksempel, hvis et SlipChip bruges til at tælle HCV RNA -molekyler i en prøve, en brønd, der indeholder et RNA -molekyle, der amplificeres under reaktionen, ville blive blå; der henviser til, at en brønd, der mangler et RNA -molekyle, ville forblive lilla.

For at læse resultatet, en bruger tager blot et billede af hele SlipChip ved hjælp af en hvilken som helst kameratelefon. Derefter behandles fotoet ved hjælp af en ratiometrisk tilgang, der forvandler farverne, der er registreret af kameraets sensor, til en entydig aflæsning af positive og negative.

Tidligere SlipChip -teknologier anvendte et kemikalie, der ville fluorescere, når en reaktion fandt sted i en brønd. Men disse aflæsninger kan være for subtile til påvisning af et almindeligt mobiltelefonkamera eller kan kræve særlige lysforhold. Den nye metode indeholder retningslinjer for valg af indikatorer, der giver farveændringer, der er kompatible med telefonens kameraers farvefølsomhed, og den ratiometriske behandling fjerner behovet for en bruger til at skelne farver ved syn.

"Den aflæsningsproces, vi udviklede, kan bruges med ethvert mobiltelefonkamera, "siger Jesus Rodriguez-Manzano, en postdoktor i kemiteknik og en af ​​to første forfattere på papiret. "Det er hurtigt, automatiseret, og kræver ikke optælling eller visuel fortolkning, så resultaterne kan læses af alle - også brugere, der er farveblinde eller arbejder under dårlige lysforhold. Denne robusthed gør vores visuelle aflæsningsmetode velegnet til integration med enheder, der bruges i enhver indstilling, herunder på plejestedet i begrænsede ressourceindstillinger. Dette er kritisk, fordi behovet for meget følsom diagnostik er størst i sådanne regioner. "