Mindre, snabbare, lättare, billigare" – det är mantrat från University of Virginias biokemist och nystartade ingenjör James Landers.

Han använder ett treårigt anslag från det amerikanska försvarsdepartementets Emerging Capabilities and Prototyping Office för att designa, testa och bygga ett automatiserat DNA-analysinstrument som är tillräckligt litet och lätt för att passa i en ryggsäck, och kan åstadkomma mycket av det som ett fullskaligt centrallaboratorium kan göra – men snabbare, på plats, och mycket billigare.

UVA:s tillämpade forskningsinstitut var avgörande för att identifiera och landa forskningsfinansieringen.

"Målet med mitt labb är att utveckla labb-på-en-skiva-teknik med batteridriven instrumentering, ", sa Landers. "Instrumentet måste väga mindre än 10 pund, vara ungefär lika stor som tre riss skrivarpapper, och kostar en storleksordning mindre än nuvarande teknik. Den kommer att kunna utföra DNA-analys och jämförelse med en profildatabas ombord på mindre än 30 minuter. Det var våra marschorder."

Landers och hans team, som inkluderar lärare och studenter på maskin- och elektroteknikavdelningarna och andra anslutna till UVA-baserade start-up TeGrex, är på god väg. Instrumentet under utveckling använder mikroelektronik och unik miniatyriserad hårdvara för att köra skivan, och är utformad för att möjliggöra fältanalys av vävnadsprover från i princip var som helst i världen, från slagfält till brottsplatser, och kan ha breda tillämpningar i medicinska miljöer.

Landers – som började sin karriär som biokemist, och har fakultetsutnämningar med UVA:s avdelningar för kemi, Patologi och maskinteknik – har ägnat mycket av sin karriär åt att miniatyrisera standardlaboratorieprocesser så att de enkelt kan utföras, billigt och snabbt av minimalt utbildade fälttekniker.

Den nya lab-on-a-disc-teknologin som han utvecklar kommer att analysera torra eller våta prover – såsom celler som svabbas inifrån munnen – för att ge en snabb, billig och enkel DNA-profil av ett motiv med hjälp av en enkel men sofistikerad uppsättning elektronik monterad på vad som i huvudsak är en modifierad laserskanningsbar DVD som sedan läggs i skokartongen, centrifugliknande instrument.

"Enheten kommer att kunna extrahera DNA från ett litet prov av vävnad, amplifiera gensekvensen och generera ett DNA-fingeravtryck på 30 till 45 minuter – ungefär halva tiden av nuvarande teknologi, ", sa Landers. "Den tittar på 20 gensekvensplatser på kromosomerna, där storleken på upprepade sekvenser ger ett statistiskt relevant DNA-fingeravtryck som är helt unikt för varje individ som provas. Det här är den typen av data som håller i brottmål."

För närvarande, prover från brottsplatser och brottsmisstänkta skickas till kriminaltekniska laboratorier för analys, som kan ta timmar till dagar till veckor, beroende på restid, tillgången på tekniker, eftersläpningar och andra faktorer. Men i många stater, inklusive Virginia, Polisen kan hålla kvar misstänkta i bara fyra timmar. Ofta, misstänkta släpps innan deras DNA-profil skaffas och matchas med kriminella DNA-databaser, eller inte har några matchningar.

"Med den teknik vi utvecklar, analysen och matchningen av bevakningslistan kan ske på plats, nästan omedelbart, och sedan data som laddas upp för en eventuell matchning på nationella eller lokala DNA-databaser, ", sade Landers. "I många fall kan detta underlätta ett snabbt gripande-eller-frisläppande beslut av polisen.

"Vi kan också föra denna teknik till den civila världen på ett kraftfullt sätt. De medicinska tillämpningarna är många."

Landers samarbetar redan med ett multiorgantransplantationscenter i Toronto för att överväga möjligheten att använda tekniken för hemövervakning av immunsuppressionseffekter på post-transplantationsmottagare, ett kritiskt steg för att öka chansen till en lyckad transplantation.

Lab-on-a-disc-tekniken kan också användas på allmänna kliniska kontor för en rad tester, för att fastställa en influensavirusstam, bakteriell infektion, även för att identifiera former av cancer eller andra genetiska defekter.

"Du kan föreställa dig en patient som går till en läkarmottagning, tillhandahålla ett blod- eller salivprov, gå tillbaka till väntrummet eller ta en kopp kaffe, och 30 minuter senare diskuterade resultatet med läkaren, ", sa Landers. "Denna teknik erbjuder verkligen möjligheten att radikalt förbättra hastigheten med vilken vi kan analysera DNA, till mycket lägre kostnad, nästan var som helst."