Τα προγραμματισμένα μαγνητικά nanobeads σε συνδυασμό με ένα κινητό τηλέφωνο και plug-in διαγνωστικό εργαλείο μπορούν να διαγνώσουν το COVID-19 σε 55 λεπτά ή λιγότερο, αναφέρουν οι ερευνητές. (Πίστωση: Jeff Fitlow / Rice)
Με τη βοήθεια προγραμματισμένων μαγνητικών nanobeads, ένα διαγνωστικό εργαλείο που συνδέεται σε ένα τηλέφωνο εκτός του ραφιού μπορεί να διαγνώσει το COVID-19 σε 55 λεπτά ή λιγότερο.
Το μικρορευστό τσιπ μεγέθους σφραγίδας μετρά τη συγκέντρωση της πρωτεΐνης νουκλεοκαψιδίου SARS-CoV-2 (Ν) στον ορό του αίματος από ένα τυπικό τσίμπημα των δακτύλων. Τα nanobeads συνδέονται με την πρωτεΐνη SARS-CoV-2 N, έναν βιοδείκτη για το COVID-19, στο τσιπ και το μεταφέρουν σε έναν ηλεκτροχημικό αισθητήρα που ανιχνεύει ελάχιστες ποσότητες του βιοδείκτη.
Οι ερευνητές λένε ότι η διαδικασία τους απλοποιεί τον χειρισμό δειγμάτων σε σύγκριση με το swab-based Δοκιμές PCR που χρησιμοποιούνται ευρέως για τη διάγνωση του COVID-19 και πρέπει να αναλυθούν σε εργαστήριο.
«Αυτό που είναι υπέροχο για αυτήν τη συσκευή είναι ότι δεν απαιτείται εργαστήριο», λέει ο Peter Lillehoj, αναπληρωτής καθηγητής μηχανολόγων μηχανικών στο Πανεπιστήμιο Rice. «Μπορείτε να πραγματοποιήσετε ολόκληρο το τεστ και να δημιουργήσετε τα αποτελέσματα στο χώρο συλλογής, στην κλινική υγείας ή ακόμα και σε φαρμακείο. Όλο το σύστημα είναι εύκολα μεταφερόμενο και εύκολο στη χρήση. "
Η έρευνα εμφανίζεται στο περιοδικό Αισθητήρες ACS.
Ο Lillehoj και ο μεταπτυχιακός φοιτητής και ο κύριος συγγραφέας Jiran Li εκμεταλλεύτηκαν τα υπάρχοντα εργαλεία βιοαισθητοποίησης και τα συνδύασαν με τη δική τους εμπειρία στην ανάπτυξη απλών διαγνωστικών, όπως ένα έμπλαστρο microneedle που εισήχθη πέρυσι για τη διάγνωση ελονοσία.
Το νέο εργαλείο βασίζεται σε ένα ελαφρώς πιο περίπλοκο σχήμα ανίχνευσης, αλλά παρέχει ακριβή, ποσοτικά αποτελέσματα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Για τη δοκιμή της συσκευής, το εργαστήριο βασίστηκε σε δωρεά δειγμάτων ορού από άτομα που ήταν υγιή και άλλα που ήταν θετικά στο COVID-19.
Ο Lillehoj λέει ότι μια μακρύτερη επώαση αποδίδει πιο ακριβή αποτελέσματα όταν χρησιμοποιείτε ολόκληρο ορό. Το εργαστήριο διαπίστωσε ότι τα 55 λεπτά ήταν το βέλτιστο χρονικό διάστημα για το μικροτσίπ να ανιχνεύσει την πρωτεΐνη SARS-CoV-2 N σε συγκεντρώσεις τόσο χαμηλές όσο 50 picograms (δισεκατομμυριοστά του γραμμαρίου) ανά χιλιοστόλιτρο σε ολόκληρο ορό. Το μικροτσίπ θα μπορούσε να ανιχνεύσει Ν πρωτεΐνη σε ακόμη χαμηλότερες συγκεντρώσεις, στα 10 picograms ανά χιλιοστόλιτρο, σε μόλις 25 λεπτά αραιώνοντας τον ορό πέντε φορές.
Σε συνδυασμό με τηλέφωνο Google Pixel 2 και πρόσθετο ποτενσιοστατικό, η συσκευή θα μπορούσε να προσφέρει θετική διάγνωση με συγκέντρωση τόσο χαμηλή όσο 230 picograms για ολόκληρο τον ορό.
«Υπάρχουν τυποποιημένες διαδικασίες για την τροποποίηση των σφαιριδίων με ένα αντίσωμα που στοχεύει έναν συγκεκριμένο βιοδείκτη», λέει ο Lillehoj. "Όταν τα συνδυάζετε με ένα δείγμα που περιέχει τον βιοδείκτη, σε αυτήν την περίπτωση η πρωτεΐνη SARS-CoV-2 N, συνδέονται μεταξύ τους."
Ένας τριχοειδής σωλήνας χρησιμοποιείται για να παραδώσει το δείγμα στο τσιπ, το οποίο στη συνέχεια τοποθετείται σε έναν μαγνήτη που τραβά τα σφαιρίδια προς έναν ηλεκτροχημικό αισθητήρα επικαλυμμένο με αντισώματα σύλληψης. Οι χάντρες δεσμεύονται στη σύλληψη αντισώματα και δημιουργήστε ένα ρεύμα ανάλογο με τη συγκέντρωση του βιοδείκτη στο δείγμα.
Το potentiostat διαβάζει αυτό το τρέχον και στέλνει ένα σήμα στην εφαρμογή του τηλεφώνου του. Εάν δεν υπάρχουν βιοδείκτες COVID-19, οι χάντρες δεν συνδέονται με τον αισθητήρα και ξεπλένονται μέσα στο τσιπ.
Ο Lillehoj λέει ότι δεν θα ήταν δύσκολο για τη βιομηχανία να κατασκευάσει τα μικρορευστά τσιπ ή να τα προσαρμόσει σε νέα στελέχη COVID-19 εάν και όταν αυτό είναι απαραίτητο.
Σχετικά με τους Συγγραφείς
Τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Ερευνητικό Ταμείο COVID-19 του Πανεπιστημίου Ράις υποστήριξαν την έρευνα. -
