Používanie smartfónu na detekciu vysoko nákazlivého vírusu
Nové zariadenie používa na detekciu extrémne nízkych hladín norovírusu smartphone a papierový mikrofluidný čip.
Norovírus je veľmi nákazlivý vírus zodpovedný za približne 19–21 miliónov ročných prípadov akútnej gastroenteritídy v Spojených štátoch.
Norovírus je v skutočnosti „hlavnou príčinou chorôb prenášaných jedlom“ v USA.
Norovírus je tiež zodpovedný za až 1,9 milióna návštev v nemocnici a ďalších 400 000 návštev na pohotovostnom oddelení. To v USA stojí náklady na zdravotnú starostlivosť a stratu produktivity práce asi 2 miliardy dolárov.
Vírus môže byť nákazlivý na veľmi nízkych úrovniach, na vyvolanie infekcie stačí iba 10 vírusových častíc.
Vedci z Arizonskej univerzity v Tucsone sa teda rozhodli vytvoriť efektívny spôsob detekcie aj tých najmenších úrovní vírusu.
Na projekte sa podieľali traja vedci: Jeong-Yeol Yoon z Katedry biomedicínskeho inžinierstva na UA; Soo Chung, doktorandský výskumník v Yoonovom laboratóriu; a Kelly A. Reynolds, predsedníčka Oddelenia pre komunitu, životné prostredie a politiku na Mel & Enid Zuckerman College of Public Health na UA.
Yoon predstavil výskum na Národnom stretnutí a výstave americkej chemickej spoločnosti na jeseň 2019 v San Diegu v Kalifornii a príspevok sa teraz objavuje v časopise ACS Omega.
Ako funguje lacné a rýchle zariadenie
Vírus sa môže šíriť veľmi rýchlo cez vodu. Existujúce zariadenia na detekciu norovírusov si vyžadujú laboratórium a celý rad mikroskopov, laserov a nákladných spektrometrov. Jedná sa o prístroje, ktoré merajú typy žiarenia a vlnovú dĺžku.
Pri novej metóde použili vedci jednoduché materiály vrátane papiera a smartfónu. Chung vysvetľuje, ako je možné, že sa papier transformuje na mikrofluidné čipy.
„Papierový substrát je veľmi lacný a ľahko sa skladuje. Tieto čipy môžeme ľahko vyrobiť,“ hovorí. "Vláknitá štruktúra papiera tiež umožňuje spontánny tok kvapaliny bez použitia čerpacích systémov, ktoré zvyčajne vyžadujú iné čipy, ako napríklad silikónové čipy."
Vedci zvyčajne merajú, ako sa svetlo odráža vo vzorke, pomocou spektrometrickej analýzy. Avšak nehomogénny (pórovitý) aspekt papiera spolu s jeho optickou nepriehľadnosťou môže generovať „rozptyl a odraz pozadia“.
Na prekonanie tejto prekážky vyvinuli vedci metódu, pri ktorej namiesto merania intenzity svetla počítali fluorescenčné guľôčky.
Metóda spočíva v pridaní vody na jeden koniec papierového mikrofluidného čipu a guľôčok vyrobených z fluorescenčného polystyrénu na druhý koniec.
Každá z týchto drobných guľôčok je pripojená k protilátke, ktorá bojuje proti vírusu. Ak je norovírus prítomný vo vode, útočí na ňu niekoľko protilátok, ktoré sa naviažu na vírusovú časticu a vytvoria fluorescenčný zhluk.
„Častice norovírusu sú príliš malé na to, aby ich bolo možné zobraziť pomocou mikroskopu v smartfóne, a teda aj protilátky,“ vysvetľuje Yoon. "Ale keď máte dve alebo tri alebo viac týchto guľôčok spojených, znamená to, že tam je norovírus, ktorý spôsobuje zhlukovanie guľôčok."
Zhluky korálkov sú dostatočne veľké na to, aby ich smartphone mohol vyzdvihnúť a vyfotografovať. Vedci vytvorili aj aplikáciu pre smartphone, ktorá počíta vzorky norovírusu vo vzorke.
„Na spustenie zariadenia nemusíte byť vedci ani inžinieri,“ hovorí Yoon. "Analýza bude vykonaná automaticky pomocou aplikácie pre smartphone, takže sa nemusíte báť iba načítania vzorky vody na čip."
Zariadenie je tiež lacné a jeho najdrahšia súčasť stojí necelých 50 dolárov.
„Pokrok v rýchlom monitorovaní ľudských vírusov vo vode je zásadný pre ochranu verejného zdravia,“ hovorí Reynolds.
„Táto rýchla a nízkonákladová technológia monitorovania kvality vody by mohla byť transformačným nástrojom na znižovanie miestnej aj globálnej záťaže chorobami.“
Kelly A. Reynolds
