Použití smartphonu k detekci vysoce nakažlivého viru
Nové zařízení používá k detekci extrémně nízké hladiny noroviru smartphone a papírový mikrofluidní čip.
Norovirus je velmi nakažlivý virus zodpovědný za přibližně 19–21 milionů ročních případů akutní gastroenteritidy ve Spojených státech.
Ve skutečnosti je norovirus „hlavní příčinou nemocí přenášených potravinami“ v USA.
Norovirus je také zodpovědný za až 1,9 milionu návštěv v nemocnici a dalších 400 000 návštěv na pohotovostním oddělení. To USA stojí náklady na zdravotní péči a ztrátu produktivity práce kolem 2 miliard dolarů.
Virus může být nakažlivý na velmi nízkých úrovních, stačí pouze 10 virových částic, které způsobí infekci.
Vědci z University of Arizona (UA) v Tucsonu se tedy rozhodli vytvořit efektivní způsob detekce i těch nejmenších úrovní viru.
Projekt vedli společně tři vědci: Jeong-Yeol Yoon z Katedry biomedicínského inženýrství na UA; Soo Chung, doktorský výzkumník v Yoonově laboratoři; a Kelly A. Reynolds, předsedkyně odboru komunity, životního prostředí a politiky na Mel & Enid Zuckerman College of Public Health na UA.
Yoon představil výzkum na American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition v San Diegu v Kalifornii a článek se nyní objevuje v časopise ACS Omega.
Jak levné a rychlé zařízení funguje
Virus se může velmi rychle šířit vodou. Stávající zařízení pro detekci norovirů vyžadují laboratoř a řadu mikroskopů, laserů a nákladných spektrometrů. Jedná se o přístroje, které měří typy záření a vlnové délky.
S novou metodou vědci použili jednoduché materiály včetně papíru a smartphonu. Chung vysvětluje, jak je možné, že se papír transformuje na mikrofluidní čipy.
"Papírový substrát je velmi levný a snadno skladovatelný a tyto čipy můžeme snadno vyrobit," říká. "Vláknitá struktura papíru také umožňuje spontánní tok kapaliny bez použití čerpacích systémů, které obvykle vyžadují jiné čipy, například křemíkové."
Vědci obvykle měří, jak se světlo odráží ve vzorku pomocí spektrometrické analýzy. Avšak nehomogenní (porézní) aspekt papíru spolu s jeho optickou neprůhledností může generovat „rozptyl a odraz pozadí“.
K překonání této překážky vědci vyvinuli metodu, při které místo měření intenzity světla počítali fluorescenční kuličky.
Metoda spočívá v přidání vody na jeden konec papírového mikrofluidního čipu a kuliček z fluorescenčního polystyrenu na druhý konec.
Každá z těchto drobných kuliček je připojena k protilátce, která bojuje proti viru. Pokud je ve vodě přítomen norovirus, útočí na něj několik protilátek, které se navážou na virovou částici a vytvářejí fluorescenční shluk.
"Částice noroviru jsou příliš malé na to, aby je bylo možné zobrazit pomocí mikroskopu ve smartphonu, stejně jako protilátky," vysvětluje Yoon. "Ale když máte dvě nebo tři nebo více těchto kuliček spojených dohromady, znamená to, že tam je norovirus, což způsobuje agregaci kuliček."
Shluky korálků jsou dostatečně velké, aby je chytrý telefon mohl vyzvednout a vyfotografovat. Vědci také vytvořili aplikaci pro smartphone, která počítá částice noroviru ve vzorku.
"K provozování zařízení nemusíte být vědci ani inženýři," říká Yoon. "Analýza bude provedena automaticky pomocí aplikace pro smartphone, takže se musíte starat pouze o načtení vzorku vody na čip."
Zařízení je také levné a jeho nejdražší součást stojí méně než 50 USD.
„Pokroky v rychlém monitorování lidských virů ve vodě jsou zásadní pro ochranu veřejného zdraví,“ říká Reynolds.
"Tato rychlá a nízkonákladová technologie monitorování kvality vody by mohla být transformačním nástrojem ke snížení lokální i globální zátěže chorobami."
Kelly A. Reynolds
