Parasitinfektioner påverkar hundratals miljoner människor, utgör ett allvarligt hot mot folkhälsan världen över. Till exempel, sömnsjuka och Chagas sjukdom är försummade tropiska sjukdomar som orsakas av den blodburna Trypanosoma -parasiten. Historiskt sett lite uppmärksamhet, dessa förödande sjukdomar drabbar människor främst i Afrika söder om Sahara och Sydamerika, orsakar en enorm socioekonomisk börda.

Optisk mikroskopi av kroppsvätskeprover av utbildade medicinska experter är fortfarande en av de vanligaste metoderna för att diagnostisera parasitinfektioner i kroppsvätskor. Dock, kliniskt relevanta parasitkoncentrationer i kroppsvätskor kan vara extremt låga. Eftersom konventionell optisk mikroskopi vanligtvis har en mycket liten bildvolym, det kämpar ofta för att ge den känslighet som behövs för tidig diagnos. Dessutom, uppgiften blir ännu mer utmanande när parasitinfektioner i blodet behöver upptäckas. Eftersom det finns miljarder blodkroppar i varje milliliter blod, och de orsakar ocklusion, gör uppgiften att upptäcka parasiter i blod till ett nål-i-en-höstack problem.

Forskare vid UCLA Henry Samueli School of Engineering har utvecklat en billig och bärbar plattform som snabbt kan upptäcka rörliga parasiter i kroppsvätskor automatiskt. Med sin plattform, mer än 3 ml av ett kroppsvätskeprov kan avbildas och analyseras inom 20 minuter, ger en genomströmning som är storleksordningar bättre än traditionell optisk mikroskopi-baserad undersökning.

Forskningen, publicerad i Ljus:Vetenskap och applikationer , leddes av Aydogan Ozcan, Kanslerprofessor i el- och datateknik vid UCLA och biträdande chef för California NanoSystems Institute vid UCLA, tillsammans med Kent Hill, professor vid institutionen för mikrobiologi, Immunologi, och Molecular Genetics vid UCLA.

Istället för att direkt ta en stillbild av vätskeprovet och söka efter parasiter, denna unika plattform tar ett annat tillvägagångssätt och detekterar rörelse i provet. Den spelar in videor med hög bildhastighet av provets holografiska mönster upplysta med laserljus. Sedan, en rörelsesanalysalgoritm analyserar dessa fångade videor i mikroskala och omvandlar rörelsen för målparasiterna i provet till en signalpunkt, som upptäcks och räknas med artificiell intelligens.

"Även om rörlighet är ett vanligt drag hos olika parasiter och andra sjukdomsframkallande mikroorganismer, dess användning som fingeravtryck för diagnos är mycket underexplorerad och vårt arbete ger landmärkesresultat, lyfter fram denna unika möjlighet, sa Ozcan.

"Vår plattform kan betraktas som en rörelsedetektor i den mikroskopiska världen, som låser sig på rörliga föremål i provet. "sa Yibo Zhang, en UCLA -doktorand och den första författaren till denna studie. "Locomotion används både som en biomarkör och som en kontrastmekanism för att skilja parasiter från normala celler."

Beviset för konceptet för denna enhet har demonstrerats med hjälp av Trypanosoma -parasiter, som har flera underarter som orsakar sömnsjuka och Chagas sjukdom. Enhets detektionsgräns kvantifierades som 10 parasiter per milliliter helblod, vilket är ungefär fem gånger bättre än de toppmoderna parasitologiska detektionsmetoderna. Denna förbättrade detektionsgräns kan leda till en bättre förmåga att upptäcka sömnsjuka och Chagas sjukdom i ett tidigare skede, vilket är avgörande för att förbättra härdningshastigheten och minska förekomsten. Utöver trypanosomer, författarna demonstrerade också användningen av deras enhet för att upptäcka Trichomonas vaginalis, betonar att deras teknik är tillämplig på olika parasiter och rörliga mikroorganismer.

UCLA -enheten är kompakt och lätt (1,69 kg) och kostnaden för prototypen är mindre än $ 1850, som kan reduceras till mindre än $ 800 när den tillverkas i större volymer. "Tack vare dess höga känslighet, enkel användning, minskad kostnad och portabilitet, vi tror att vår teknik kan förbättra insekter mot parasiter, särskilt i resursfattiga områden och endemiska regioner, "sa Hatice Ceylan Koydemir, en postdoktor vid UCLA, som är medförfattare till denna studie.