Du svettas och är febrig och har ingen aning om varför. Lyckligtvis, Sandia National Laboratories forskare har en enhet som kan identifiera vad som är fel på mindre än en timme.

Till skillnad från de flesta medicinska diagnostiska enheter som bara kan utföra en typ av tester - antingen protein- eller nukleinsyratester - kan Sandias SpinDx nu utföra båda. Detta gör det möjligt att identifiera nästan alla orsaker till sjukdom, inklusive virus, bakterie, toxiner eller immunsystemmarkörer för exponering för kemiska medel.

Det nya tillskottet av ett värmeelement gör att SpinDx kan göra nukleinsyratester, som söker efter genetiska koder som finns i någon form av virus, parasit eller bakterier. Tekniken kan också upptäcka toxinproteiner samtidigt, och avgöra om de är aktiva eller inte - en kritisk skillnad för att korrekt anpassa nivån på medicinskt svar.

Enhetens bärbarhet, prisvärdhet, snabbhet och tillförlitlighet är avgörande för att ta itu med utbrott av infektionssjukdomar på platser som är mest drabbade av dem och minst har råd med ett laboratorium med traditionella instrument. I utvecklingsländer, diarré är den näst vanligaste dödsorsaken hos barn under 5 år, enligt Världshälsoorganisationens rapporter. Dessa dödsfall kan i stor utsträckning förebyggas när orsakerna upptäcks och behandlingen ges tidigt.

Att hjälpa till att rädda dessa liv är varför Sandias forskare bestämde sig för att testa de nya SpinDx -funktionerna om möjliga orsaker till diarrésjukdom. Sandias forskning visar att SpinDx framgångsrikt upptäcker både diarréframkallande toxiner och bakterier i avföringsprover. Resultaten av dessa tester publicerades nyligen i tidskriften Biosensorer och bioelektronik .

Snurrar mot lösningar

SpinDx ser lite ut som en DVD-spelare i ett väderbeständigt plastfodral. Den har en engångsskiva som distribuerar droppar rå, obearbetade biologiska prover till olika kanaler som fungerar, enligt Sandia-kemisten Chung-Yan Koh, som "dussintals små provrör".

Detta automatiska distributionssteg är en bra tidsbesparare. Chris Phaneuf, en tidigare Sandia bioingenjör förklarar, "istället för att behöva släppa bearbetade prover en efter en i dussintals små kammare, du kan ladda ett råprov till ett enda, central port som jämnt fördelar ditt prov i varje kanal. "Phaneuf är nu senior fluidics engineer på Illumina i San Diego, där han utvecklar teknik för genetisk forskning.

När skivan snurrar, proverna interagerar med testreagenser inuti kanalerna, och, som Phaneuf uttrycker det, "om det finns en match, de kommer att bifoga. "Med andra ord, om det finns en kemisk interaktion mellan provet och reagensen, en röd laser får spetsen på kanalen att lysa, signalera ett smittämne till ett programvarugränssnitt som visar resultatet.

Tidigare utförde SpinDx endast proteintester, som letar efter både patogenspecifika proteiner och antikroppar. Antikroppar är proteiner som tillverkas av immunsystemet som svar på infektioner. När virus senare försvinner ur blodet, antikropparna som spolade dem är fortfarande detekterbara. Proteintester kan också identifiera dödliga toxiner som botulinumneurotoxin, varav en tesked har potential att döda cirka 100 miljoner människor, enligt Phaneuf.

Lyser en lampa på symptom

Tack vare sitt nya värmeelement och förmågan att göra en ny analys, SpinDx kan utföra nukleinsyratester som kan identifiera viruset eller bakterierna som är ansvariga för att orsaka symtom som diarré. "Det är mycket snabbare att upptäcka den orsakande patogenen i ett prov än att vänta på att en kropp producerar antikroppar mot en infektion, "Sade Phaneuf." Att kunna göra båda typerna av tester ger den mest fullständiga bilden av vad som finns i en persons system. "

Konventionell viral testning (via polymeraskedjereaktion eller PCR) kräver uppvärmning och kylning av ett biologiskt prov många gånger för att multiplicera eventuellt viralt DNA eller RNA till detekterbara nivåer. Phaneuf och Koh implementerade ett nytt Sandia-utvecklat analys- och detekteringsschema i SpinDx-uppdateringen, som använder kemi som kräver att provet bara värms upp en gång.

I andra system, den slingemedierade isotermiska amplifieringsmetoden (LAMP) för uppvärmning av ett prov äger rum ovanpå ett litet värmeblock som skapar ett enda, enhetlig temperatur inuti en enhet. SpinDx använder en liten infraröd värmeemitter som svävar överst på enheten, rikta in den del av den snurrande skivan som utför testet och ingen annanstans.

Att kunna styra värmeflödet möjliggör olika temperaturzoner inuti SpinDx, möjliggör samtidiga nukleinsyra- och proteintester. Nukleinsyratester kräver en temperatur som vanligtvis skulle förstöra ett provs proteiner.

En diagnostisk revolution

SpinDx har licensierats av branschpartners (se sidan 34) för så olika användningsområden som fertilitetsprovning hos män och övervakning av vattentillförseln. Med sina nya funktioner, tekniken har potential att förbättra diagnostiska problem i inställningar runt om i världen, och inte bara för människor.

Phaneuf beskrev ett mycket smittsamt virus som härjar getter och får i delar av världen där dessa djur är centrala för människors försörjning. Dessa samhällen har ofta inte tillgång till ett laboratorium, men det här verktyget kan snabbt diagnostisera sina djur och möjliggöra korrekt behandling.

Sandia använder för närvarande också tekniken för forskning om applikationer som är så olika som bioenergi och kemisk krigföring. I det tidigare fallet, forskare använder SpinDx för att söka efter rovdjur som kan orsaka krasch av alger som odlas för biobränslen och förnybara kemikalier.

I det senare fallet, Koh testar soldater för exponering för kemiska krigsföreningar. Projektet som finansieras av Defense Threat Reduction Agency kommer att använda SpinDx för att söka efter biomarkörer för exponering. Temperaturkontroll i denna forskning är avgörande, eftersom det gör testet mer exakt, Sa Koh.

Dessutom, det finns ett mycket kort fönster för behandling om en soldat utsätts för ett kemiskt medel. Hastigheten med vilken SpinDx kan leverera resultat kan hjälpa till att säkerställa att behandlingen administreras i tid för att den ska bli effektiv.

Möjligheten att exakt utföra alla dessa tester samtidigt i en bärbar enhet och läsa resultaten på en timme eller mindre skiljer SpinDx från andra tillgängliga system. Traditionellt, dessa resultat har krävt ett välutrustat laboratorium bemannat med erfarna tekniker.

Koh och Phaneuf säger att de skulle vilja se batterier och solpaneler läggas till SpinDx, gör att den kan användas nästan var som helst. Det kan till och med en dag hjälpa en läkare att snabbt avgöra om dina sjukdomssymtom är från influensa, din mat, eller något helt annat.