En önskan om ett enklare, billigare sätt att göra vanliga laboratorietester för medicinska diagnoser och att undvika att "diska" fick forskare från University of Connecticut att utveckla en ny teknik som minskar kostnader och tid.

Deras pipettbaserade teknik kan också hjälpa till att göra vissa medicinska tester tillgängliga på landsbygden eller i avlägsna områden där traditionella metoder annars kan vara oöverkomligt dyra och komplicerade att genomföra.

Det 3D-tryckta pipettspetsprovet som utvecklats av forskarna utnyttjar det som "länge varit guldstandarden för mätning av proteiner, patogener, antikroppar och andra biomolekyler i komplexa matriser, "säger de. Metoden använder fortfarande den enzymkopplade immunosorbentanalysen, även känd som ELISA, men genom en annan väg. De redogjorde för sina fynd i en artikel som nyligen publicerades online Analytisk kemi .

I 30 år eller mer, ELISA har använts för att testa blod, celler och andra biologiska prover för allt från vissa cancerformer till hiv, från borrelia till skadlig anemi.

Traditionella ELISA-test utförs på plattor med 96 mikrobrunnar; varje brunn fungerar som en separat testkammare där prover kan kombineras med olika medel som sedan reagerar med provet, vanligtvis genom att byta färg. Tekniker kan sedan analysera om ett prov innehåller indikatorer på en viss sjukdom eller tillstånd beroende på intensiteten hos färgen som produceras under reaktionen.

Även om det är effektivt och korrekt, utrustningen som används för att köra ELISA är dyr - kostar ofta tusentals dollar att installera i ett laboratorium - och kräver specialutbildning för att utföra tester, eftersom felaktiga tekniker kan leda till felaktiga resultat. De medel som används i själva testerna - vanligtvis olika former av antikroppar - kan också vara dyra.

Liksom många forskningslaboratorier, James Ruslings kemilaboratorium där forskningsassistent Mohamed Sharafeldin och hans främsta samarbetspartner, Karteek Kadimisetty '18 doktorand, genomförde sitt arbete, inte har en automatiserad ELISA -tvättmaskin, vilket betyder att tallrikar som används för test måste tvättas manuellt - en tidskrävande och svår process.

"ELISA -tvättteknikerna tar evigheter, "sa Sharafeldin, som för närvarande arbetar mot sin doktorsexamen i kemi. "Det är väldigt tufft, speciellt i ett labb som vårt. Vi har inte den typen av snygga tvättmaskiner. "

När Kadimisetty körde ELISA en dag, han nämnde, "Jag önskar att göra ELISA var så enkelt som att pipettera." Den direkta kommentaren var drivkraften för det som följde:en design för en 3D-tryckt adapter för vanliga pipetter som kan köra ett ELISA-test direkt i pipettspetsen, utan att behöva en traditionell ELISA -platta och den dyra utrustningen som följer med.

Varje engångspipettspets representerar en mikrobrunn på en ELISA-platta; forskarna utformade också en flertippad version som gör att åtta tips kan pipetteras samtidigt. Tipsen passar tätt på de flesta pipetter som används i laboratoriemiljöer, vilket gör vätskehanteringen mycket enklare än med standard ELISA -plattan.

"Vi ville inte göra en stor förändring i den traditionella ELISA; vi gjorde bara konstruerade, kontrollerade förändringar, "Sa Sharafeldin." Så, grunderna är desamma. Vi använder samma antikroppar i samma koncentrationer som de använder med konventionell eller traditionell ELISA, så vi använder samma protokoll. Allt som kan drivas av normal ELISA kan drivas av detta, med fördelen att det är billigare, mycket snabbare och lättillgängligare. "

Forskarna testade pipettspetsarna på prover från prostatacancerpatienter och fann inte bara att testresultaten från tipsen var lika exakta som ELISA -test, de kunde genomföra testerna med en tiondel av mängden testmedel-vilket minskade den totala kostnaden för testet-och på en bråkdel av tiden. Tester som utförts av olika användare med olika kompetensnivåer visade slutligen samma resultat.

Traditionella ELISA-plattmikrobrunnar rymmer 400 mikroliter vätska vardera, men de reaktioner som behövs för att mäta testresultat sker bara på brunnens plastväggar. Medan de 3D-tryckta ELISA-spetsarna bara rymmer 50 mikroliter, reservoarens utformning inuti spetsen ökar dramatiskt ytan där reaktioner uppstår, låta forskarna använda mycket mindre av de kostsamma antikropparna som används för att genomföra testet, och avsevärt minska den tid som krävs för att bearbeta testet och läsa resultaten.

"Här har vi en kammare där reaktionen sker vid alla punkter, "Sa Sharafeldin, med hänvisning till pipettspetsdesignen. "Detta minskar analysens tid, vilket är en viktig sak, eftersom ELISA -analysen tar från fem till åtta timmar att köra. Den här kan köras på 90 minuter. "

Pipettspetsarna kräver inte heller en dyr eller sofistikerad plattläsare för att bestämma testresultat, som ELISA -test gör. I försöken med prostatacancerproverna, pipettspetsresultaten lästes exakt genom att ta ett mobiltelefonfoto och använda en gratis app som mäter färgintensiteter i bilden.

Fördelen, Sharafeldin sa, är att användaren som utför testet med pipettspetsarna inte behöver vara forskare; de behöver bara enkla pipetteringsinstruktioner, sedan för att ta ett fotografi och skicka det till en tekniker som på distans kunde läsa resultaten för att göra en diagnos - eventuellt tillhandahålla nya, billigare testalternativ på landsbygden eller i isolerade områden där etablering av ett traditionellt ELISA-labb skulle visa sig vara utmanande och dyrt.

Medan ytterligare provtester behövs, Sharafeldin är optimistisk om den framtida potentialen för pipettspetsdesign för att minska kostnaderna. Han samarbetar också med ingenjörer för att designa en automatiserad, vakuumassisterad pipett som ytterligare skulle underlätta användningen av pipettspetsarna och genomföra ELISA-tester, och skulle vara tillgänglig för betydligt lägre kostnad än traditionell ELISA -utrustning.