En enhet från Los Alamos National Laboratory forskare är inte riktigt Star Trek "tricorder" medicinsk skanner, men det är ett steg i rätt riktning. Den bärbara konstruerade analytiska sensorn med automatisk provtagning (PEGASUS) är en miniatyriserad vågledarbaserad optisk sensor som kan detektera toxiner, bakteriella signaturer, virala signaturer, biohot, vita pulver och mer, från prover som blod, vatten, CSF, mat, och djurprover.

"Förmågan att upptäcka patogener, biologiska hot eller gifter, snabbt och exakt, utan förkunskaper om agenten, skulle leda till förbättrade hälsoresultat för människor och miljö, ", sa ledande forskare Harshini Mukundan. "Detta är ett viktigt steg mot att förstå vad en räddningstjänst har att göra med och ge dem snabba resultat."

PEGASUS kräver inte utbildad personal eller laboratorieutrustning för att fungera, vilket innebär att den lätt kan användas i avlägsna områden i världen. Det kan skilja mellan bakteriella och virala signaturer, möjliggöra rätt val av behandling, vilket bör förbättra hälsoresultaten för patienter och minska spridningen av antimikrobiell resistens, sa Mukundan.

Sensorn inkluderar en integrerad provbehandlingsenhet med minimala praktiska steg, syftar till att säkerställa att varje prov är av den kvalitet som krävs för upptäckt. "Det kan hjälpa till att lösa problemet med felidentifiering av biomolekyler, speciellt på fältet, så att vi kan vara förberedda på alla potentiella utbrott eller biohothändelser, sa Mukundan.

"Detektion sker i två huvudsteg, sa Kiersten Lenz, en forskare i projektet. "Först, provet bearbetas i en mikrofluidisk anordning, som endast kräver en liten provvolym. Nästa, det bearbetade provet laddas på den miniatyriserade sensorn, där upptäckt sker. Den mikrofluidiska enheten och sensorn kan packas ihop i en robust portfölj som kan tas med var som helst i världen, ger större tillgång till detta avkänningsverktyg."

"Vi hoppas på bred användning av den här enheten, Mukundan fortsatte. "Det kan användas för att upptäcka bakteriella infektioner hos människor eller djur, eller utbrott i livsmedelsförsörjningen, identifiera vita pulver, upptäcka förekomsten av specifika virus hos människor, djur, mat, eller vatten, identifiera potentiella biohotmedel, och mer. Till exempel, vår teknik kan snabbt upptäcka infektion på en läkarmottagning, en avlägsen klinik, eller ett laboratorium. Vid bakteriella infektioner, det kan skilja mellan grampositiva, -negativ, och obestämda källor, utan förkunskaper om infektionstypen, på 15-30 minuter, " sa hon. För sådana infektioner, när klassen av bakterier är känd, lämpliga behandlingar kan väljas som kommer att resultera i viktiga fördelar för patientens återhämtning. Dessutom, Att känna till den exakta bakterien som är involverad kan också minska förskrivningen av bredspektrumantibiotika, vilket kan leda till utvecklingen av antibiotikaresistenta organismer.

En annan potentiell påverkan är inom området bioövervakning. Eftersom biosensorn kan användas i avlägsna områden i världen och kan upptäcka en mängd olika biologiska molekyler från en mängd olika källor, det kan ha inverkan vid övervakning av förekomsten av potentiella biohotmedel eller utbrott. Sensorn kan upptäcka närvaron av biomolekyler från matkällor, vattenförsörjningen, och kan hjälpa till att identifiera okända vita pulver som postas i misstänkta förpackningar eller spills ut på motorvägen. Med bättre övervakning och övervakning, vi kan vara bättre förberedda på potentiella utbrott, eftersom vi kommer att få en bättre förståelse för de specifika agenterna som spelar.

Hur det fungerar

Enhetens teknologi är baserad på en bänkbaserad vågledarbaserad optisk biosensor utvecklad vid Los Alamos. Avkänningssystemet detekterar analyter på en plan optisk vågledaryta i ett mycket litet (~200nm) fält. För att producera avkänningsfältet, en laser kopplas med en kritisk infallsvinkel in i den plana vågledaren, och total intern reflektion av ljus sker mellan vågledarens lager, på grund av deras olika brytningsindex. Detta gör att ett evanescent fält strålar ut från vågledarens yta, där fluorescerande molekyler detekteras.