Korištenje pametnog telefona za otkrivanje vrlo zaraznog virusa
Novi uređaj koristi pametni telefon i papirni mikrofluidni čip za otkrivanje izuzetno niske razine norovirusa.
Norovirus je vrlo zarazan virus odgovoran za oko 19–21 milijuna slučajeva akutnog gastroenteritisa godišnje u Sjedinjenim Državama.
Zapravo je norovirus "vodeći uzrok bolesti koje se prenose hranom" u SAD-u
Norovirus je također odgovoran za do 1,9 milijuna posjeta bolnici i još 400 000 posjeta hitnom odjelu. To SAD košta oko dvije milijarde dolara zdravstvenih troškova i gubitka produktivnosti posla.
Virus može biti zarazan na vrlo niskim razinama, sa samo 10 virusnih čestica koje su dovoljne da izazovu infekciju.
Dakle, istraživači sa Sveučilišta Arizona (UA) u Tucsonu krenuli su stvarati učinkovit način otkrivanja i najmanjih razina virusa.
Trojica istraživača zajedno su vodila projekt: Jeong-Yeol Yoon, s Odjela za biomedicinsko inženjerstvo UA; Soo Chung, doktorska istraživačica u Yoonovom laboratoriju; i Kelly A. Reynolds, predsjedateljica Odjela za zajednicu, okoliš i politiku na Fakultetu za javno zdravstvo Mel & Enid Zuckerman na UA.
Yoon je predstavio istraživanje na Nacionalnom sastanku i izložbi Američkog kemijskog društva jesen 2019. u San Diegu, CA, a rad se sada pojavljuje u časopisu ACS Omega.
Kako funkcionira jeftin i brz uređaj
Virus se vrlo brzo može proširiti vodom. Postojeći uređaji za otkrivanje norovirusa zahtijevaju laboratorij i niz mikroskopa, lasera i skupih spektrometara. To su instrumenti koji mjere vrste zračenja i valnu duljinu.
Pomoću nove metode istraživači su koristili jednostavne materijale, uključujući papir i pametni telefon. Chung objašnjava kako je moguće da se papir transformira u mikrotekući čips.
"Papirna podloga je vrlo jeftina i lagana za pohranu, a ove čipove možemo lako proizvesti", kaže on. "Vlaknasta struktura papira omogućava i tečnost da spontano struji bez upotrebe sustava za crpljenje koji su potrebni drugim čipovima, poput silicijskih čipova."
Znanstvenici obično mjere kako se svjetlost reflektira u uzorku pomoću spektrometrijske analize. Međutim, nehomogeni (porozni) aspekt papira, zajedno s optičkom neprozirnošću, može generirati "raspršenje u pozadini i odraz".
Kako bi prevladali ovu prepreku, istraživači su razvili metodu u kojoj su brojali fluorescentne kuglice umjesto da mjere intenzitet svjetlosti.
Metoda se sastoji od dodavanja vode na jedan kraj papirnatog mikrofluidnog čipa, a na drugi kraj kuglica od fluorescentnog polistirena.
Svaka od ovih sitnih kuglica pričvršćena je na antitijelo koje se bori protiv virusa. Ako je norovirus prisutan u vodi, nekoliko antitijela nastavlja je napadati, pričvršćujući se na česticu virusa i stvarajući fluorescentnu nakupinu.
"Čestice norovirusa su premale da bi se mogle slikati mikroskopom na pametnom telefonu, pa tako i antitijela", objašnjava Yoon. "Ali kad spojite dvije ili tri ili više ovih kuglica, to znači da je tamo norovirus, zbog čega se zrnca skupljaju."
Skupine kuglica dovoljno su velike da ih pametni telefon može podići i fotografirati. Istraživači su također stvorili aplikaciju za pametni telefon koja broji čestice norovirusa u uzorku.
"Da biste upravljali uređajem, ne morate biti znanstvenik ili inženjer", kaže Yoon. "Analiza će se automatski izvršiti pomoću aplikacije za pametni telefon, tako da sve o čemu trebate brinuti jest utovar uzorka vode na čip."
Uređaj je također jeftin, a njegova najskuplja komponenta košta manje od 50 dolara.
"Napredak u brzom praćenju ljudskih virusa u vodi ključan je za zaštitu javnog zdravlja", kaže Reynolds.
"Ova brza, jeftina tehnologija praćenja kvalitete vode mogla bi biti transformacijski alat za smanjenje lokalnog i globalnog opterećenja bolestima."
Kelly A. Reynolds
