Lite norovirus - den mycket smittsamma mikroben som orsakar cirka 20 miljoner fall av matförgiftning i USA varje år - går långt. Bara 10 partiklar av viruset kan orsaka sjukdom hos människor. Ett team av forskare vid University of Arizona har skapat en enkel, bärbar och billig metod för att upptäcka extremt låga nivåer av norovirus.

Jeong-Yeol Yoon, en forskare vid Institutionen för biomedicinsk teknik; Soo Chung, en doktorand i biosystemteknik som arbetar i Yoon's Biosensors Lab; och Kelly A. Reynolds, Ordförande för institutionen för gemenskap, Miljö och politik i Mel &Enid Zuckerman College of Public Health, ledde projektet. Teamet publicerade sina resultat i ACS Omega , den officiella tidningen för American Chemical Society, och Yoon presenterar forskningen vid ACS Fall 2019 National Meeting &Exposition i San Diego den här veckan.

"Framsteg inom snabb övervakning av mänskliga virus i vatten är avgörande för att skydda folkhälsan, "Sa Reynolds." Denna snabba, Lågkostnadsteknik för övervakning av vattenkvalitet kan vara ett transformationsverktyg för att minska både lokala och globala sjukdomsbördor. "

National Science Foundation Water and Environmental Technology Center vid UA och Tucson Water gav båda medel för denna forskning. Medan norovirus ofta är associerat med kryssningsfartyg, det kan också spridas snabbt genom ett samhälle via sin vattenförsörjning. Det orsakar cirka 200, 000 dödsfall globalt varje år.

Hålla komponenter enkla

Enheter för att upptäcka norovirus i små mängder finns redan, men de kräver vanligtvis en laboratoriemiljö med en rad mikroskop, lasrar och spektrometrar som kan kosta tusentals dollar. För att upptäcka norovirus i fältet, t.ex. på kryssningsfartyg eller i kommunala vattenbrunnar, laget bestämde sig för att använda mycket enklare material:papper, i form av mikrofluidiska chips, och en smartphone.

"Pappersunderlaget är väldigt billigt och lätt att förvara, och vi kan enkelt tillverka dessa marker, "Sa Chung." Den fibrösa strukturen av papper gör också att vätska kan flöda spontant utan att använda pumpsystemen andra marker, såsom kiselchips, brukar kräva. "

Dock, forskare brukar upptäcka föroreningar på flisen genom att mäta spridning och reflektion av ljus i ett prov, och papperets porositet och opacitet kan orsaka bakgrundsspridning som stör bildbehandling och gör det svårt att upptäcka mycket små koncentrationer av ett virus. Så, gruppen utvecklade ett nytt sätt att upptäcka norovirus, genom att räkna fluorescerande pärlor i stället för att mäta ljusintensitet.

Processen börjar med att tillsätta potentiellt förorenat vatten till ena änden av ett pappersmikrofluidiskt chip. I andra änden, en testare lägger till liten, fluorescerande polystyrenpärlor (bild de små vita bollarna inuti en bönsäck - dessa är samma material, men mycket mindre). Varje pärla är bunden till en antikropp mot norovirus. Om norovirus finns, flera av antikropparna fäster till varje viruspartikel, skapa en liten klump fluorescerande pärlor.

"Noroviruspartiklar är för små för att avbildas av ett smartphone -mikroskop, och så är antikroppar, "Sa Yoon." Men när du har två eller tre eller flera av dessa pärlor sammanfogade, som indikerar att noroviruset finns där, får pärlorna att samlas. "

Dessa pärlor är tillräckligt stora för att ett smartphone -mikroskop ska kunna upptäcka och fotografera. Sedan, en smartphone -app som forskarna skapade räknar antalet belysta pixlar i bilden för att identifiera antalet aggregerade pärlor, och därefter, antalet noroviruspartiklar i provet. Det är en annan fördel med papperschippen:Genom kapillärverkan, grupperna av pärlor spridda ut längs papperet, gör dem lättare att räkna. Den dyraste komponenten i hela enheten - smarttelefonmikroskopet - kostar mindre än $ 50. Det är också enkelt att använda.

"Du behöver inte vara en forskare eller ingenjör för att köra enheten, "Sa Yoon." Analysen kommer att göras automatiskt av smartphone -appen, så allt du behöver oroa dig för är att ladda ett vattenprov på chipet. "

I framtiden, teamet hoppas kunna utveckla metoder för att upptäcka norovirusinfektioner hos patienter ännu tidigare, och att utöka sin smartphone -övervakningsplattform för att upptäcka andra faror, såsom potentiellt cancerframkallande kemikalier. De planerar också att sprida plattformens användning över hela världen, bekämpa och upptäcka långtgående sjukdomar med verktyg som är lika utbredda.