Исследователи разрабатывают систему диагностики заболеваний, которая предлагает результаты, которые можно было бы прочитать, используя только смартфон и насадку для линз за 20 долларов.
Система является детищем Джиминга Бао, доцента кафедры электротехники и вычислительной техники, и Ричарда Уилсона, профессора химической и биомолекулярной инженерии Хаффингтона-Вустемейера. Он был создан за счет грантов Национального института здоровья и Фонда Уэлча и был представлен в феврале в журнале ACS Photonics.
Это новое устройство, как и практически все диагностические инструменты, основано на определенных химических взаимодействиях, которые образуются между чем-то, что вызывает заболевание, например вирусом или бактериями, и молекулой, которая связывается только с этим одним, например, средством борьбы с болезнями. антитело.
Связь, которая образуется между стрептококковыми бактериями и антителами, которые взаимодействуют только со стрептококками, например, может служить подтверждением надежного диагноза.
Хитрость заключается в том, чтобы найти способ быстро, дешево и легко обнаружить эти химические взаимодействия. Решение, предложенное Бао и Уилсоном, включает простое предметное стекло и тонкую пленку золота с тысячами проделанных в ней отверстий.
Создание этого слайда само по себе является достижением.
Эта задача, возглавляемая Бао, начинается со стандартного предметного стекла, покрытого светочувствительным материалом, известным как фоторезист. Затем он с помощью лазера создает серию интерференционных полос — в основном линий — на слайде, а затем поворачивает его на 90 градусов и создает еще одну серию интерференционных полос.
Пересечения этих двух наборов линий создают на фоторезисте сетчатый узор УФ-облучения. Затем фоторезист проявляется и смывается.
Хотя большая часть слайда затем очищается, пятна, окруженные пересекающимися лазерными линиями — « дыры » в сетке — остаются закрытыми, в основном формируя столбы из фоторезиста.
Затем он подвергает предметное стекло испаренному золоту, которое прикрепляется к фоторезисту и окружающей чистой стеклянной поверхности.
Затем Бао выполняет процедуру, называемую отрывом, которая по сути смывает опоры фоторезиста и прикрепленную к ним золотую пленку.
Конечным результатом является предметное стекло, покрытое золотой пленкой с упорядоченными рядами и столбцами прозрачных отверстий, через которые может проходить свет.
Эти отверстия размером около 600 нанометров каждое являются ключевыми для системы.
Устройство Уилсона и Бао диагностирует болезнь, блокируя свет связью болезнь-антитело — плюс несколько дополнительных ингредиентов.
Вот где появляется Уилсон.
Всемирно известный инженер-биомолекуляр, Уилсон начинает с того, что помещает антитела к болезням в отверстия, где они заставляют их прилипать к поверхности стекла. Затем он проводит биологический образец по слайду. Если образец содержит исследуемые бактерии или вирус, он свяжется с антителом в лунке.
Однако одна эта связь не блокирует свет. «То, что связывается с антителом, вероятно, недостаточно большое и серое, чтобы затемнить это отверстие, поэтому вам нужно найти способ как-то затемнить его», — сказал Уилсон.
Уилсон достигает этого, пропуская второй цикл антител, которые связываются с бактериями, по слайду. К этим антителам присоединяются ферменты, которые производят частицы серебра при воздействии определенных химических веществ. Теперь, когда этот второй набор антител прикреплен к любым бактериям в лунках, Уилсон подвергает всю систему воздействию химических веществ, которые стимулируют производство серебра.
Примерно через 15 минут он смывает предметное стекло. Благодаря химическим свойствам золота частицы серебра в отверстиях останутся на месте, полностью блокируя свет.
Вот где пригодится смартфон. Одним из преимуществ этой системы является то, что результаты можно прочитать с помощью простых инструментов.
По словам Уилсона, простой микроскоп, используемый в классах начальной школы, обеспечивает достаточно света и увеличения, чтобы показать, заблокированы ли отверстия. С некоторыми небольшими изменениями подобное считывание почти наверняка можно сделать с помощью камеры телефона, вспышки и съемного объектива.
Таким образом, эта система обещает доступные по цене и легко интерпретируемые показания.
«Некоторым из более совершенных диагностических систем требуется оборудование на сумму 200 000 долларов, чтобы считывать результаты», — сказал Уилсон. "Теперь вы можете добавить 20 долларов к уже имеющемуся у вас телефону, и все готово."
Уилсон отметил, что перед развертыванием системы еще предстоит устранить серьезные технические препятствия.
Одна из самых больших проблем — найти способ перенести бактерии и вирусы в образце на поверхность предметного стекла для получения наиболее точных результатов.
Но если эти проблемы будут преодолены, система станет отличным инструментом для медицинских работников на местах.
Например, на месте промышленной аварии отверстия на одной горке могут быть заполнены молекулами, которые связываются с 10 потенциальными загрязнителями, что позволит группам реагирования быстро оценить ситуацию. В экономически неблагополучных районах такую систему можно использовать для проверки больших групп людей на предмет широко распространенных и серьезных проблем со здоровьем, таких как диабет.
«Есть много ситуаций, когда доступный диагностический инструмент, простой в использовании и понятный, может оказаться очень полезным», — сказал Уилсон. "Если и ваши расходные материалы, и ваш ридер дешевы, это значительно упрощает расширение вашей системы в реальном мире."