Viedtālruņa izmantošana ļoti lipīga vīrusa noteikšanai
Jauna ierīce izmanto viedtālruni un papīra mikrofluidisko mikroshēmu, lai noteiktu ārkārtīgi zemu norovīrusa līmeni.
Norovīruss ir ļoti lipīgs vīruss, kas ik gadu Amerikas Savienotajās Valstīs ir aptuveni 19–21 miljons akūta gastroenterīta gadījumu.
Patiesībā norovīruss ir “galvenais ar pārtiku saistīto slimību cēlonis” ASV.
Norovīruss ir atbildīgs arī par līdz 1,9 miljoniem slimnīcu apmeklējumu un vēl par 400 000 neatliekamās palīdzības nodaļas apmeklējumiem. Tas ASV izmaksā aptuveni 2 miljardus ASV dolāru veselības aprūpes izdevumiem un darba produktivitātes zaudēšanu.
Vīruss var būt lipīgs ļoti zemā līmenī, un infekcijas izraisīšanai pietiek tikai ar 10 vīrusa daļiņām.
Tātad pētnieki no Arizonas universitātes (UA) Tuksonā iecerējuši izveidot efektīvu veidu, kā atklāt pat vismazāko vīrusa līmeni.
Trīs pētnieki vadīja projektu: Jeong-Yol Yoon, no UA Biomedicīniskās inženierijas katedras; Soo Čungs, Yoon laboratorijas doktorants; un Kellija A. Reinoldsa, Sabiedrības veselības, vides un politikas departamenta priekšsēdētāja Mel un Enida Zukermana Sabiedrības veselības koledžā, UA.
Yoon iepazīstināja ar pētījumu American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition San Diego, CA, un papīrs tagad parādās žurnālā ACS Omega.
Kā darbojas lēta un ātra ierīce
Vīruss var ļoti ātri izplatīties caur ūdeni. Esošajām norovīrusa noteikšanas ierīcēm nepieciešama laboratorija un virkne mikroskopu, lāzeru un dārgu spektrometru. Tie ir instrumenti, kas mēra starojuma veidus un viļņa garumu.
Izmantojot jauno metodi, pētnieki izmantoja vienkāršus materiālus, tostarp papīru un viedtālruni. Čungs skaidro, kā papīram ir iespējams pārveidoties par mikrofluidiskām mikroshēmām.
"Papīra substrāts ir ļoti lēts un viegli uzglabājams, un mēs varam izgatavot šīs mikroshēmas viegli," viņš saka. "Šķiedraina papīra struktūra arī ļauj šķidrumam spontāni plūst, neizmantojot sūknēšanas sistēmas, parasti ir nepieciešamas citas mikroshēmas, piemēram, silīcija mikroshēmas."
Parasti zinātnieki mēra, kā gaisma atstarojas paraugā, izmantojot spektrometrijas analīzi. Tomēr neviendabīgais (porainais) papīra aspekts kopā ar tā optisko necaurredzamību var radīt “fona izkliedi un atstarošanu”.
Lai pārvarētu šo šķērsli, pētnieki izstrādāja metodi, kurā gaismas intensitātes mērīšanas vietā viņi skaitīja fluorescējošas lodītes.
Metode sastāv no ūdens pievienošanas papīra mikrofluidiskās mikroshēmas vienā galā un lodītes, kas izgatavotas no fluorescējoša polistirola, otrā galā.
Katra no šīm sīkajām pērlītēm ir pievienota antivielai, kas cīnās ar vīrusu. Ja ūdenī ir norovīruss, vairākas antivielas turpina to uzbrukt, piesaistoties vīrusa daļiņai un izveidojot fluorescējošu puduri.
"Norovīrusa daļiņas ir pārāk mazas, lai tās varētu attēlot ar viedtālruņa mikroskopu, tāpat kā antivielas," skaidro Yoon. "Bet, kad jums ir savienotas divas vai trīs vai vairāk no šīm lodītēm, tas norāda, ka norovīruss ir tur, izraisot lodīšu apvienošanos."
Pērļu puduri ir pietiekami lieli, lai viedtālrunis tos varētu paņemt un nofotografēt. Pētnieki arī izveidoja viedtālruņa lietotni, kas uzskaita norovīrusa daļiņas paraugā.
"Lai darbinātu ierīci, jums nav jābūt zinātniekam vai inženierim," saka Yoon. "Analīzi automātiski veiks viedtālruņa lietotne, tāpēc jums jāuztraucas tikai par ūdens parauga ievietošanu mikroshēmā."
Arī ierīce ir lēta, un tās dārgākā sastāvdaļa maksā mazāk nekā 50 ASV dolārus.
"Panākumi ātrai cilvēku vīrusu uzraudzībai ūdenī ir būtiski sabiedrības veselības aizsardzībai," saka Reinolds.
"Šī ātrā un lētā ūdens kvalitātes monitoringa tehnoloģija varētu būt pārveidojošs instruments, lai samazinātu gan vietējo, gan globālo slimību slogu."
Kellija A. Reinoldsa
