Een smartphone gebruiken om een zeer besmettelijk virus op te sporen
Een nieuw apparaat maakt gebruik van een smartphone en een papieren microfluïdische chip om extreem lage niveaus van norovirus te detecteren.
Norovirus is een zeer besmettelijk virus dat verantwoordelijk is voor ongeveer 19-21 miljoen jaarlijkse gevallen van acute gastro-enteritis in de Verenigde Staten.
In feite is norovirus "de belangrijkste oorzaak van door voedsel overgedragen ziekten" in de VS.
Norovirus is ook verantwoordelijk voor 1,9 miljoen ziekenhuisbezoeken en nog eens 400.000 bezoeken aan de afdeling spoedeisende hulp. Dit kost de VS ongeveer $ 2 miljard aan zorgkosten en verlies aan arbeidsproductiviteit.
Het virus kan op zeer lage niveaus besmettelijk zijn, waarbij slechts 10 virusdeeltjes voldoende zijn om een infectie te veroorzaken.
Daarom probeerden onderzoekers van de Universiteit van Arizona (UA) in Tucson een efficiënte manier te vinden om zelfs de kleinste niveaus van het virus te detecteren.
Drie onderzoekers hebben het project mede geleid: Jeong-Yeol Yoon, van de afdeling Biomedische Technologie aan de UA; Soo Chung, een doctoraal onderzoeker in het laboratorium van Yoon; en Kelly A. Reynolds, voorzitter van de afdeling Gemeenschap, Milieu en Beleid van het Mel & Enid Zuckerman College of Public Health aan de UA.
Yoon presenteerde het onderzoek op de American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition in San Diego, CA, en het artikel verschijnt nu in het tijdschrift ACS Omega.
Hoe het goedkope en snelle apparaat werkt
Het virus kan zich via water zeer snel verspreiden. Bestaande apparaten voor het detecteren van norovirus vereisen een laboratorium en een reeks microscopen, lasers en dure spectrometers. Dit zijn instrumenten die soorten straling en golflengte meten.
Bij de nieuwe methode gebruikten de onderzoekers eenvoudige materialen, waaronder papier en een smartphone. Chung legt uit hoe het mogelijk is dat papier verandert in microfluïdische chips.
"Papiersubstraat is erg goedkoop en gemakkelijk op te slaan, en we kunnen deze chips gemakkelijk vervaardigen", zegt hij. "Door de vezelachtige structuur van papier kan vloeistof ook spontaan stromen zonder gebruik te maken van de pompsystemen die andere chips, zoals siliciumchips, gewoonlijk nodig hebben."
Doorgaans meten wetenschappers hoe licht in een monster wordt gereflecteerd met behulp van spectrometrie-analyse. Het niet-homogene (poreuze) aspect van papier, samen met de optische ondoorzichtigheid, kan echter "achtergrondverstrooiing en reflectie" genereren.
Om dit obstakel te overwinnen, ontwikkelden de onderzoekers een methode waarbij ze fluorescerende kralen telden in plaats van de lichtintensiteit te meten.
De methode bestaat uit het toevoegen van water aan het ene uiteinde van een papieren microfluïdische chip en kralen gemaakt van fluorescerend polystyreen aan het andere uiteinde.
Elk van deze kleine kralen is vastgemaakt aan een antilichaam dat het virus bestrijdt. Als norovirus in het water aanwezig is, vallen verschillende antilichamen het aan, hechten zich aan het virusdeeltje en creëren een fluorescerende klomp.
"Norovirusdeeltjes zijn te klein om door een smartphonemicroscoop te worden afgebeeld, net als antilichamen", legt Yoon uit. "Maar als je twee of drie of meer van deze kralen aan elkaar hebt gekoppeld, geeft dat aan dat het norovirus er is, waardoor de kralen aggregeren."
De klompjes kralen zijn groot genoeg voor een smartphone om ze op te pakken en te fotograferen. De onderzoekers hebben ook een smartphone-app gemaakt die de norovirusdeeltjes in het monster telt.
"Je hoeft geen wetenschapper of ingenieur te zijn om het apparaat te bedienen", zegt Yoon. "De analyse wordt automatisch uitgevoerd door de smartphone-app, dus u hoeft zich alleen maar zorgen te maken over het laden van een watermonster op de chip."
Het apparaat is ook goedkoop, met een duurste component die minder dan $ 50 kost.
"Vooruitgang in de snelle monitoring van menselijke virussen in water is essentieel voor de bescherming van de volksgezondheid", zegt Reynolds.
"Deze snelle, goedkope waterkwaliteitsmonitoringstechnologie zou een transformationeel instrument kunnen zijn om zowel lokale als wereldwijde ziektelast te verminderen."
Kelly A. Reynolds
