Bruke en smarttelefon for å oppdage et svært smittsomt virus
En ny enhet bruker en smarttelefon og en papirmikrofluidbrikke for å oppdage ekstremt lave nivåer av norovirus.
Norovirus er et veldig smittsomt virus som er ansvarlig for rundt 19–21 millioner årlige tilfeller av akutt gastroenteritt i USA.
Faktisk er norovirus "den viktigste årsaken til matbåren sykdom" i USA.
Norovirus er også ansvarlig for opptil 1,9 millioner sykehusbesøk og ytterligere 400 000 besøk på legevakten. Dette koster USA rundt 2 milliarder dollar i helsekostnader og tap av jobbproduktivitet.
Viruset kan være smittsomt på svært lave nivåer, med bare 10 viruspartikler som er nok til å forårsake en infeksjon.
Så forskere fra University of Arizona (UA) i Tucson satte seg for å skape en effektiv måte å oppdage selv de minste nivåene av viruset.
Tre forskere ledet prosjektet sammen: Jeong-Yeol Yoon, fra Institutt for biomedisinsk teknikk ved UA; Soo Chung, doktorgradsforsker i Yoons laboratorium; og Kelly A. Reynolds, leder for Institutt for fellesskap, miljø og politikk i Mel & Enid Zuckerman College of Public Health ved UA.
Yoon presenterte forskningen på American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition i San Diego, CA, og papiret vises nå i tidsskriftet ACS Omega.
Hvordan den billige og raske enheten fungerer
Viruset kan spre seg veldig raskt gjennom vann. Eksisterende enheter for å oppdage norovirus krever et laboratorium og en rekke mikroskoper, lasere og kostbare spektrometre. Dette er instrumenter som måler typer stråling og bølgelengde.
Med den nye metoden brukte forskerne enkle materialer, inkludert papir og en smarttelefon. Chung forklarer hvordan det er mulig for papir å forvandles til mikrofluidflis.
"Papirsubstrat er veldig billig og enkelt å lagre, og vi kan lage disse sjetongene lett," sier han. "Den fibrøse strukturen til papir lar også væske strømme spontant uten å bruke pumpesystemene som andre chips, for eksempel silisiumchips, vanligvis krever."
Vanligvis måler forskere hvordan lys reflekteres i en prøve ved hjelp av spektrometri-analyse. Imidlertid kan det ikke-homogene (porøse) aspektet av papir sammen med dets optiske opasitet generere "bakgrunnsspredning og refleksjon."
For å overvinne denne hindringen utviklet forskerne en metode der de telles lysstoffrør i stedet for å måle lysintensitet.
Metoden består i å tilsette vann til den ene enden av en mikrofluidpapir av papir og perler laget av fluorescerende polystyren til den andre enden.
Hver av disse små perlene er festet til et antistoff som bekjemper viruset. Hvis norovirus er tilstede i vannet, angriper flere antistoffer det, fester seg til viruspartikkelen og skaper en fluorescerende klump.
"Noroviruspartikler er for små til å bli avbildet av et smarttelefonmikroskop, og det samme er antistoffer," forklarer Yoon. "Men når du har to eller tre eller flere av disse perlene slått sammen, indikerer det at norovirus er der, noe som får perlene til å samle seg."
Perleklumpene er store nok til at en smarttelefon kan hente dem og fotografere dem. Forskerne opprettet også en smarttelefonapp som teller noroviruspartiklene i prøven.
"Du trenger ikke å være forsker eller ingeniør for å kjøre enheten," sier Yoon. "Analysen vil bli gjort automatisk av smarttelefonappen, så alt du trenger å bekymre deg for er å laste en vannprøve på brikken."
Enheten er også billig, med sin dyreste komponent som koster mindre enn $ 50.
"Fremskritt i rask overvåking av humane virus i vann er avgjørende for å beskytte folkehelsen," sier Reynolds.
"Denne raske, lave kostnadskontrollteknologien for vannkvalitet kan være et transformasjonsverktøy for å redusere både lokale og globale sykdomsbyrder."
Kelly A. Reynolds
