Mit Hilfe eines Smartphones zu erkennen norovirus

Ein wenig von Noroviren — die hoch ansteckende Mikroben, die bewirkt, dass etwa 20 Millionen Fälle von Lebensmittelvergiftungen in den Vereinigten Staaten jedes Jahr — geht ein langer Weg. Nur 10 Partikel des virus kann bei Menschen Krankheiten verursachen. Ein team der Universität von Arizona Forscher hat eine einfache, tragbare und kostengünstige Methode für die Erkennung von extrem niedrigen Niveaus von Noroviren.

Jeong-Yeol Yoon, ein Forscher in der Abteilung der Biomedizinischen Technik; Soo Chung, ein biosystems engineering Doktorand, arbeitet in Yoon ‚ s Biosensoren, Lab; und Kelly A. Reynolds, Stuhl der Abteilung der Gemeinschaft, Umwelt und Politik in der Mel & Enid Zuckerman College of Public Health, führte das Projekt. Das team veröffentlichte Ihre Ergebnisse in ACS Omega, der offiziellen Zeitschrift der American Chemical Society, und Yoon ist die Präsentation der Forschung am ACS Herbst 2019 National Meeting & Exposition in San Diego in dieser Woche.

„Fortschritte in der schnellen überwachung von menschlichen Viren im Wasser sind unerlässlich für den Schutz der öffentlichen Gesundheit,“ Reynolds sagte. „Diese schnelle, kostengünstige Wasser-Qualität-monitoring-Technologie könnte ein transformatives Werkzeug für die Verringerung der lokalen und globalen Krankheitsbelastungen.“

Die National Science Foundation, Wasser-und Umwelttechnik-Zentrum an der UA und Tucson Wasser sowohl Fördermittel für diese Forschung. Während des norovirus ist Häufig verbunden mit den Kreuzfahrtschiffen, es kann auch schnell verbreiten durch eine Gemeinde über die Wasserversorgung. Es bewirkt, dass etwa 200.000 Todesfälle weltweit pro Jahr.

Halten Sie Komponenten Einfach

Geräten für die Erkennung von norovirus in kleinen Mengen bereits vorhanden, aber Sie erfordern in der Regel eine Laborstudie mit einer Reihe von mikroskopen, Lasern und Spektrometern, die Tausende von Dollar Kosten. Um zu erkennen, Noroviren in der Praxis, wie z.B. auf Kreuzfahrtschiffen oder in der kommunalen Wasserversorgung, Brunnen, entschied sich das team viel einfacher, Material: Papier, in form von mikrofluidischen chips, und ein smartphone.

„Papier-Substrat ist sehr Billig und leicht zu lagern, und wir fertigen diese chips leicht,“ Chung sagte. „Die Faserstruktur von Papier erlaubt es auch, Flüssigkeit zu fließen spontan aus, ohne mit dem Pumpen-Systeme, andere chips, wie Silizium-chips, in der Regel erfordern.“

Doch die Wissenschaftler erkennen in der Regel Verunreinigungen auf den chips durch die Messung der Streuung und Reflexion von Licht in einer Probe, und Papier ist die Durchlässigkeit und die Deckkraft kann die Ursache hintergrund Streuung, das stört imaging und macht es schwer zu erkennen sehr kleine Konzentrationen eines virus. So entwickelt die Gruppe einen neuen Weg zu erkennen, norovirus, durch zählen fluoreszierende Kügelchen eher als eine Messung der Lichtintensität.

Der Prozess beginnt mit dem hinzufügen von potenziell kontaminierten Wasser an einem Ende ein Papier-Mikrofluidik-chip. An das andere Ende, ein tester fügt winzige, fluoreszierende Polystyrol-Perlen (Bild, die kleinen weißen Bälle im inneren der bean-bag-diese sind das gleiche material, aber viel kleiner). Jede Perle ist befestigt an einen Antikörper gegen das norovirus. Wenn der norovirus ist vorhanden, mehrere der Antikörper befestigen jeder virus-Partikel, die Schaffung eines kleinen Klumpen von fluoreszierenden beads.

„Norovirus-Partikel sind zu klein, um ein Image von einem smartphone-Mikroskop, und so sind Antikörper,“ Yoon sagte. „Aber, wenn Sie zwei oder drei oder mehr dieser Perlen zusammengefügt, das angibt, dass das norovirus ist es, wodurch die Perlen zu aggregieren.“

Diese Klumpen von Perlen sind groß genug für ein smartphone-Mikroskop zu erkennen und zu fotografieren. Dann, eine smartphone-app, die Forscher erstellt zählt die Anzahl der beleuchteten Pixel in dem Bild zu identifizieren, die Anzahl der gesammelten Perlen, und in der Folge die Zahl der norovirus-Partikel in der Probe. Das ist ein weiterer Vorteil der Papier-chip: Durch die Kapillarwirkung, die Gruppen von Perlen verteilen sich über das Papier, so dass Sie leichter zu zählen. Die teuerste Komponente des ganzen Gerät-das smartphone-Mikroskop — kostet weniger als $50. Es ist auch einfach zu bedienen.

„Sie müssen nicht ein Wissenschaftler oder ein Ingenieur, um das Gerät zu betreiben,“ Yoon sagte. „Die Analyse erfolgt automatisch durch die smartphone-app, also alles, was Sie haben Grund zur Sorge ist, laden Sie eine Probe von Wasser auf dem chip.“

In Zukunft hofft das team, die Entwicklung von Methoden zum Nachweis von Noroviren-Infektionen in Patienten sogar noch früher, und erweitern Sie Ihre smartphone-monitoring-Plattform zu erkennen, andere Gefahren, wie potenziell krebserregenden Chemikalien. Sie planen auch zur Verbreitung der Plattform nutzen, auf der ganzen Welt, die Bekämpfung und die Aufdeckung von weit reichenden Krankheiten mit tools, die sind nur so weit verbreitet.