Χρήση smartphone για την ανίχνευση ενός πολύ μεταδοτικού ιού
Μια νέα συσκευή χρησιμοποιεί ένα smartphone και ένα μικρο-ρευστό τσιπ χαρτιού για την ανίχνευση εξαιρετικά χαμηλών επιπέδων νοροϊού.
Ο νοροϊός είναι ένας πολύ μεταδοτικός ιός που ευθύνεται για περίπου 19-21 εκατομμύρια ετησίως περιπτώσεις οξείας γαστρεντερίτιδας στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Στην πραγματικότητα, ο νοροϊός είναι «η κύρια αιτία της τροφικής ασθένειας» στις ΗΠΑ
Ο Norovirus είναι επίσης υπεύθυνος για έως και 1,9 εκατομμύρια επισκέψεις στο νοσοκομείο και άλλες 400.000 επισκέψεις στο τμήμα έκτακτης ανάγκης. Αυτό κοστίζει στις ΗΠΑ περίπου 2 δισεκατομμύρια δολάρια σε έξοδα υγειονομικής περίθαλψης και απώλεια παραγωγικότητας εργασίας.
Ο ιός μπορεί να μεταδοθεί σε πολύ χαμηλά επίπεδα, με μόλις 10 σωματίδια ιού να είναι αρκετά για να προκαλέσουν μόλυνση.
Έτσι, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα (UA) στο Tucson θέλησαν να δημιουργήσουν έναν αποτελεσματικό τρόπο για την ανίχνευση ακόμη και των μικρότερων επιπέδων του ιού.
Τρεις ερευνητές ηγήθηκαν του έργου: Jeong-Yeol Yoon, από το Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής στο UA. Soo Chung, διδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Yoon. και Kelly A. Reynolds, πρόεδρος του Τμήματος Κοινότητας, Περιβάλλοντος και Πολιτικής στο Κολέγιο Δημόσιας Υγείας του Mel & Enid Zuckerman στο UA.
Ο Yoon παρουσίασε την έρευνα στην Εθνική Συνάντηση & Έκθεση της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας για το Φθινόπωρο 2019 στο Σαν Ντιέγκο, Καλιφόρνια και η εφημερίδα εμφανίζεται τώρα στο περιοδικό Ωμέγα ACS.
Πώς λειτουργεί η φθηνή και γρήγορη συσκευή
Ο ιός μπορεί να εξαπλωθεί πολύ γρήγορα μέσω του νερού. Οι υπάρχουσες συσκευές για την ανίχνευση νοροϊού απαιτούν εργαστήριο και μια σειρά μικροσκοπίων, λέιζερ και δαπανηρών φασματομέτρων. Αυτά είναι όργανα που μετρούν τύπους ακτινοβολίας και μήκους κύματος.
Με τη νέα μέθοδο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν απλά υλικά όπως χαρτί και smartphone. Ο Τσανγκ εξηγεί πώς είναι δυνατό το χαρτί να μετατραπεί σε μικρορευστό τσιπ.
«Το υπόστρωμα χαρτιού είναι πολύ φθηνό και εύκολο στην αποθήκευση και μπορούμε να κατασκευάσουμε αυτά τα τσιπ εύκολα», λέει. «Η ινώδης δομή του χαρτιού επιτρέπει επίσης τη ροή του υγρού αυθόρμητα χωρίς τη χρήση των συστημάτων άντλησης που συνήθως χρειάζονται άλλα τσιπ, όπως τσιπς πυριτίου.»
Συνήθως, οι επιστήμονες μετρούν πώς το φως αντανακλά σε ένα δείγμα χρησιμοποιώντας ανάλυση φασματομετρίας. Ωστόσο, η μη ομοιογενής (πορώδης) όψη του χαρτιού, μαζί με την οπτική του αδιαφάνεια, μπορεί να δημιουργήσει «σκέδαση και αντανάκλαση του φόντου».
Για να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μέθοδο στην οποία μέτρησαν τις φθορίζουσες χάντρες αντί να μετρήσουν την ένταση του φωτός.
Η μέθοδος συνίσταται στην προσθήκη νερού στο ένα άκρο ενός χαρτιού μικρο-ρευστού τσιπ και σφαιριδίων από φθορίζον πολυστυρόλιο στο άλλο άκρο.
Κάθε ένα από αυτά τα μικροσκοπικά σφαιρίδια συνδέεται με ένα αντίσωμα που καταπολεμά τον ιό. Εάν υπάρχει νοροϊός στο νερό, πολλά αντισώματα συνεχίζουν να το επιτίθενται, προσκολλώντας το στο σωματίδιο του ιού και δημιουργώντας μια φθορίζουσα συστάδα.
«Τα σωματίδια του νοροϊού είναι πολύ μικρά για να απεικονιστούν από ένα μικροσκόπιο smartphone, όπως και τα αντισώματα», εξηγεί ο Yoon. "Αλλά όταν έχετε δύο ή τρία ή περισσότερα από αυτά τα σφαιρίδια ενωμένα, αυτό δείχνει ότι ο νοροϊός υπάρχει, προκαλώντας τη συσσώρευση των χαντρών."
Τα σφαιρίδια των χαντρών είναι αρκετά μεγάλα ώστε ένα smartphone να τα πάρει και να τα φωτογραφίσει. Οι ερευνητές δημιούργησαν επίσης μια εφαρμογή smartphone που μετρά τα σωματίδια νοροϊού στο δείγμα.
«Δεν χρειάζεται να είσαι επιστήμονας ή μηχανικός για να τρέξεις τη συσκευή», λέει ο Yoon. «Η ανάλυση θα γίνει αυτόματα από την εφαρμογή smartphone, οπότε το μόνο που έχετε να ανησυχείτε είναι να φορτώσετε ένα δείγμα νερού στο τσιπ.»
Η συσκευή είναι επίσης φθηνή, με το πιο ακριβό εξάρτημα να κοστίζει λιγότερο από 50 $.
«Η πρόοδος στην ταχεία παρακολούθηση των ανθρώπινων ιών στο νερό είναι απαραίτητη για την προστασία της δημόσιας υγείας», λέει ο Reynolds.
"Αυτή η ταχεία, χαμηλού κόστους τεχνολογία παρακολούθησης της ποιότητας του νερού θα μπορούσε να είναι ένα εργαλείο μετασχηματισμού για τη μείωση τόσο των τοπικών όσο και των παγκόσμιων επιβαρύνσεων των ασθενειών."
Kelly A. Reynolds
