En innovation vid Purdue University skulle kunna möjliggöra mycket känslig upptäckt av en infektionssjukdom som HIV eller kikhosta genom att använda en låg kostnad, automatiserad, point-of-care-test som i förpackning liknar ett graviditetstest.

Det pappersbaserade testet kunde tillåta ultrakänslig upptäckt av patogener med minimal användarinteraktion och utan att behöva skicka testet till ett labb och vänta på resultat.

Jacqueline Linnes, en biträdande professor vid Purdues Weldon School of Biomedical Engineering, utvecklar tekniken med hjälp av nukleinsyraamplifieringstest (NAAT) på papper, som är en molekylär teknik som används för att detektera ett visst virus eller bakteriell patogen i ett blodprov, vävnad eller kroppsvätska. Andra meduppfinnare av tekniken är Megan Chiu och Rui Shen, två studenter, och Elizabeth Phillips, Kristin Byers och Orlando Hoilett, studenter, allt i Purdue's College of Engineering.

"Befintliga NAAT kräver ofta användning av en stor, skrymmande instrument som innehåller komplexa, injektionsgjutna plastpatroner som var och en kan kosta $30 eller mer, mer än dubbelt så dyrt som laboratoriebaserade tester med hög genomströmning, sa Linnes.

Linnes sa att nuvarande pappersbaserade NAAT utgör begränsningar.

"Andra forskningslabb har utvecklat pappersbaserade NAATs som kräver flera, användaraktiverade steg för att flytta provet från beredning till amplifiering och sedan till detektionsundersystem, ", sade Linnes. "Dessa användarinitierade steg är punkter med potentiella fel som kan resultera i provkontamination och i okontrollerad timing av amplifieringsreaktioner. Med vår teknik strävar vi efter att integrera varje steg i ett enda, låg kostnad, automatiserad process."

Linnes Lab är specialiserat på att utveckla ultrakänsliga, låg kostnad, punkt-of-care diagnostik genom att utnyttja vätskeflödesegenskaperna hos papper och vax. Linnes Lab har utvecklat en teknik för att skriva ut vax-bläckventiler som öppnar och stänger med lokal uppvärmning för att möjliggöra flerstegsreaktioner inom ett enda pappersbaserat test.

"Enstegs diagnostik som t.ex. graviditetstester och malaria använder kapillärverkan i papper för att flytta vätskor längs en detektionsbana, " sa Linnes. "Tyvärr, de flesta sjukdomsdiagnoser kräver mycket mer komplicerade reaktioner i flera steg än vad dessa enkla papperstester kan utföra."

Tekniken som utvecklas gör att amplifieringsreagenser kan skrivas ut på papper och bytas ut för särskilda genmål, att upptäcka olika sjukdomar eller till och med upptäcka samma patogen och se om den är antibiotikaresistent.

Innovationen bekämpar frågan om att behöva inkubera patogenen under en viss tid, flytta sedan provet till en separat detektion, eliminerar överdriven användarinteraktion.

"NAAT kräver att patogenen av intresse inkuberar i 15-30 minuter, ibland längre tid innan upptäckt, ", sa Linnes. "Vår teknologi har temperaturkontrollerade vaxventiler som automatiserar fluidiken på papperet i enheten. Ventilerna kan fånga upp och inkubera vätskan för amplifiering. När den väl inkuberats, ventilerna kan värmas upp av resistorer tryckta på baksidan av papperet för att tillåta vätskan att gå nedströms till ett sidoflödestest. Denna slutliga upptäckt är lika lätt som att visualisera en linje på ett graviditetstest."

Linnes sa att de individuella komponenterna i enheten har testats framgångsrikt.

"Vi har testat varje del av enheten separat med framgångsrika resultat. Vårt mål är att göra fullständiga integrationstestningar när allt är monterat tillsammans i år, " sa hon. Den ursprungliga forskningen för detta projekt fick finansiering från Bill &Melinda Gates Foundation Grand Challenges för att arbeta mot ett plattformstest för att upptäcka HIV. "Vi arbetar också med att upptäcka kolera, en smittsam och ofta dödlig diarrésjukdom, i Haiti, samt Bordetella pertussis, vilket är kikhosta."