Bin är bland de viktigaste arterna som är ansvariga för att pollinera ungefär en tredjedel av världens livsmedelsförsörjning, med deras bidrag enbart i USA värderat till 15-20 miljarder dollar varje år. Snabba nedgångar i honungsbikolonier globalt, och i USA specifikt, har lagt ökad belastning på jordbrukets pollinering och framtiden för livsmedelssäkerhet. Parasiter är en av de faktorer som påverkar bipopulationens minskning, där Nosema ceranea och Nosema apis är några av de vanligaste. Nosema apis-infektion kan ha symtom på dysenteri och avföring av honungsbin vid ingången till kupan, men Nosema ceranae-infektion visar inga fysiska symtom. Denna "tysta mördare" av honungsbin infekterar arbetarbin, drönare och drottningar, och kan till och med resultera i kolonikollaps.

För närvarande, det enda sättet att diagnostisera denna sjukdom korrekt är genom att detektera parasitsporer med hjälp av ett ljusmikroskop. Dock, denna traditionella testning utförs i laboratoriemiljöer och kräver expertdrift. Därför, en biodlare måste skicka lokala prover till ett avlägset laboratorium för noggrann diagnos, vilket är tidskrävande och dyrt.

Forskare vid UCLA Samueli School of Engineering, i samarbete med Institutionen för biologi vid Barnard College, har utvecklat ett mobiltelefonmikroskop som möjliggör snabb och automatiserad upptäckt av Nosema-sporer hos honungsbin i fält. Denna mobila och kostnadseffektiva plattform, väger bara 0,8 pund, består av ett smartphonebaserat fluorescensmikroskop, en specialutvecklad smartphone-applikation och ett enkelt att utföra provberedningsprotokoll som möjliggör fluorescensmärkning av biparasitsporer även i fält.

Aydogan Ozcan, UCLA-kanslerns professor i elektro- och datorteknik och biträdande direktör för California NanoSystems Institute vid UCLA ledde forskningen i samarbete med Jonathan Snow, en biträdande professor vid institutionen för biologi vid Barnard College (NY), och Hatice Ceylan Koydemir, en senior forskarassistent vid UCLA. Studien publicerades i Lab på ett chip , en tidskrift från Royal Society of Chemistry (UK).

Sjukdomsdiagnostik med denna nya plattform innefattar provberedning, där honungsbin tarmvävnad avlägsnas och mellantarm dissekeras, följt av att tillsätta en liten mängd av en fläck för att fluorescerande märka parasitsporer. En droppe av den beredda lösningen placeras sedan på en glasskiva, som sedan sätts in i mobiltelefonens mikroskop för analys. En bild av provet fångas sedan av smarttelefonen och överförs till en dator för automatiserad analys för att snabbt avslöja sporantalet, som skickas tillbaka till användaren på mindre än 90 sekunder.

Forskarna testade prestandan hos den här mobila plattformen med hjälp av fältprover och fastställde att enheten kan detektera parasitkoncentrationen per bi som är under den tröskel som behövs för att råda behandling mot Nosema-parasiter. Därför, detta mobiltelefonbaserade instrument uppfyller den erforderliga detektionskänsligheten för att fastställa behandlingen.

"Att säkerställa binas välbefinnande är ett mycket viktigt problem för global livsmedelssäkerhet och ekosystemstabilitet. Det finns många faktorer som påverkar snabbt minskande bipopulationer, med parasitinfektioner som spelar en betydande roll. Den utvecklade mobila enheten banar väg för att ta itu med detta framväxande problem på ett billigt sätt, och, så vitt vi vet, det är den första och enda befintliga bärbara plattformen för Nosema-spordetektering i fältmiljöer, säger Ozcan.

Studien stöddes av North American Pollinator Protection Campaign, ett National Science Foundation Engineering Research Center (ERC) och Howard Hughes Medical Institute (HHMI).