Använda en smartphone för att upptäcka ett mycket smittsamt virus
En ny enhet använder en smartphone och ett mikrofluidchip för papper för att upptäcka extremt låga nivåer av norovirus.
Norovirus är ett mycket smittsamt virus som ansvarar för cirka 19–21 miljoner årliga fall av akut gastroenterit i USA.
Faktum är att norovirus är "den främsta orsaken till livsmedelsburna sjukdomar" i USA.
Norovirus ansvarar också för upp till 1,9 miljoner sjukhusbesök och ytterligare 400 000 besök på akutmottagningen. Detta kostar USA cirka 2 miljarder dollar i sjukvårdskostnader och förlust av jobbproduktivitet.
Viruset kan vara smittsamt vid mycket låga nivåer, med bara 10 viruspartiklar som räcker för att orsaka en infektion.
Så forskare från University of Arizona (UA) i Tucson planerade att skapa ett effektivt sätt att upptäcka även de minsta nivåerna av viruset.
Tre forskare ledde projektet: Jeong-Yeol Yoon, från Institutionen för biomedicinsk teknik vid UA; Soo Chung, doktorandforskare i Yoons laboratorium; och Kelly A. Reynolds, ordförande för avdelningen för gemenskap, miljö och politik vid Mel & Enid Zuckerman College of Public Health vid UA.
Yoon presenterade forskningen vid American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition i San Diego, CA, och tidningen visas nu i tidskriften ACS Omega.
Hur den billiga och snabba enheten fungerar
Viruset kan spridas mycket snabbt genom vatten. Befintliga enheter för att detektera norovirus kräver ett laboratorium och en rad mikroskop, lasrar och dyra spektrometrar. Dessa är instrument som mäter typer av strålning och våglängd.
Med den nya metoden använde forskarna enkla material inklusive papper och en smartphone. Chung förklarar hur det är möjligt för papper att förvandlas till mikrofluidflis.
"Papperssubstrat är väldigt billigt och enkelt att lagra, och vi kan enkelt tillverka dessa marker", säger han. "Den fibrösa strukturen hos papper låter också vätska flyta spontant utan att använda pumpsystemen som andra chips, som kiselchips, vanligtvis kräver."
Vanligtvis mäter forskare hur ljus reflekteras i ett prov med hjälp av spektrometri-analys. Emellertid kan den icke-homogena (porösa) aspekten av papper tillsammans med dess optiska opacitet generera "bakgrundsspridning och reflektion."
För att övervinna detta hinder utvecklade forskarna en metod där de räknade fluorescerande pärlor istället för att mäta ljusintensiteten.
Metoden består i att tillsätta vatten i ena änden av ett pappersmikrofluidchip och pärlor av fluorescerande polystyren i den andra änden.
Var och en av dessa små pärlor är fäst vid en antikropp som bekämpar viruset. Om norovirus finns i vattnet attackerar flera antikroppar det, fäster sig vid viruspartikeln och skapar en fluorescerande klump.
"Noroviruspartiklar är för små för att bli avbildade av ett smarttelefonmikroskop, och det är också antikroppar", förklarar Yoon. "Men när du har två eller tre eller fler av dessa pärlor sammanfogade, indikerar det att noroviruset finns där, vilket får pärlorna att samlas."
Pärlklumparna är tillräckligt stora för att en smartphone ska kunna plocka upp dem och fotografera dem. Forskarna skapade också en smartphone-app som räknar noroviruspartiklarna i provet.
"Du behöver inte vara forskare eller ingenjör för att köra enheten", säger Yoon. "Analysen kommer att göras automatiskt av smartphone-appen, så allt du behöver oroa dig för är att ladda ett vattenprov på chipet."
Enheten är också billig, med sin dyraste komponent som kostar mindre än $ 50.
"Framsteg i snabb övervakning av humana virus i vatten är avgörande för att skydda folkhälsan", säger Reynolds.
"Denna snabba, billiga övervakningsteknik för vattenkvalitet kan vara ett transformationsverktyg för att minska både lokala och globala sjukdomsbördor."
Kelly A. Reynolds
