Тест на золотые нанотехнологии в размере 2 доллара, который обнаруживает смертельные заболевания за считанные минуты

В новом исследовании исследователи показывают, что тест может обнаружить вирус, который вызывает COVID-19 с точностью точной точки, четко выделяя его от других инфекций.

Новое диагностическое устройство, называемое NASRED (быстрое электронное обнаружение, поддерживаемое наночастицами), является простым и достаточно переносимым для использования практически в любом месте-от отдаленных сельских клиник до занятых городских больниц. Инструмент обеспечивает точность качества лаборатории без дорогостоящего оборудования и не требует специализированного обучения, что дает ему возможность стать сменой игры в области общественного здравоохранения.

«У нас есть скорость и простота использования теста быстрого антигена с чувствительностью, которая даже лучше, чем лабораторные тесты»,-говорит Чао Ван, ведущий автор нового исследования. «Это очень трудно достичь».

Ван является доцентом в Центре молекулярного проектирования и биомиметики биодизигнала биодизигнала, а также Школы электрической, компьютерной и энергетической инженерии ASU. К нему присоединяются исследователи ASU Йеджи Чой, Сейедсина Мирджалили, Ашиф Икбал, Шон МакКлюр, Мазияр Калатех Мохаммади, Скотт Клеменс, Хосе Солано, Джон Хеггланд, Тинтинг Чжан и Цзявэй Зуо.

Исследование появляется в текущем выпуске журнала ACS NanoПолем

Остановка распространения инфекционных заболеваний

Инфекционные заболевания являются одной из самых смертоносных угроз человечества, на которые приводит огромные страдания и экономический ущерб во всем мире. В совокупности инфекционные заболевания вызывают более 10 миллионов смертей по всему миру каждый годВ И они являются основной причиной смерти в странах с низким уровнем дохода.

Согласно исследованию, опубликованному в BMJ Calize & Safety, около 800 000 американцев умирают или постоянно инвалида из -за диагностических ошибок. Многие из этих случаев связаны с инфекциями или сосудистыми событиями, которые могли бы быть поддающимися лечению, если они поймали рано.

Во многих странах с низким и средним уровнем дохода доступ к надежному диагностическому тестированию ограничен или отсутствует. Дорогое оборудование, нехватка обученного персонала и длительное время выполнения выполнения, все это способствует задержке или пропущенным диагнозам – часто с смертельными последствиями.

Быстрый, доступный и портативный тест, такой как NASRED, позволит передовым работникам здравоохранения во всем мире выявлять инфекции на раннем этапе и отвечать до вспышек выкинулась из -под контроля.

«Во многих частях мира, в том числе в США, болезни распространяются, но люди часто не проходят тестирование – даже на что -то вроде ВИЧ. В идеале вы хотели бы регулярно проверять их, чтобы рано ловить инфекции», – говорит Ван. «Например, люди, которые используют инъекционные препараты, подвергаются более высокому риску ВИЧ или ВГС, но они могут жить на улицах и трудно достичь. Если мы не тестируем их последовательно с течением времени, мы можем упустить шанс вмешаться – до тех пор, пока у них не появятся серьезные осложнения, такие как рак или заболевание печени, когда гораздо сложнее лечить».

Поразительное диагностическое золото

В основе нового теста лежат крошечные наночастицы золота, разработанные для обнаружения чрезвычайно небольших количеств белков, связанных с заболеванием. Исследователи покрывают эти наночастицы специальными молекулами, предназначенными для обнаружения конкретных заболеваний.

Некоторые наночастицы несут антитела, крошечные молекулы, которые действуют как магниты. Антитела придерживаются белков, высвобождаемых вирусами или бактериями, когда они заражают организм. Другие наночастицы несут антигеныВ Фрагменты белков взяты непосредственно из самих вирусов или бактерий. Они естественным образом привлекают антитела, производимые организмом для борьбы с инфекциями.

После покрытия эти наночастицы объединяются с крошечным образцом телесной жидкости, такой как капля крови, слюна или носовой жидкости. Если заболевание присутствует, большинство наночастиц будут погружаться в дно трубки. Если нет болезней, они останутся взвешенными по всей жидкости.

Устройство Nasred светит небольшой луч светодиодного света через жидкость в верхней части трубки. Команда создала пользовательский электронный детектор, который чувствует, сколько света проходит через трубку. Больше света означает, что наночастицы пошли на дно, оставляя верхнюю жидкость чистой, что означает, что заболевание присутствует.

Точный, доступный и доступный

Устройство настолько чувствительно, что может обнаружить заболевание, даже если в крошечном образце жидкости присутствует только несколько сотен молекул – всего лишь часть одной капли. Это концентрация почти в 100 000 раз ниже, чем требуют стандартных лабораторных тестов.

Добавление к его обещанию – портативность и доступность Nasred. Нынешние стандарты золота для тестирования, такие как ПЦР или ELISA, требуют дорогого оборудования и обученных техников. Nasred компактный и удобный для пользователя. Исследователи оценивают, что каждый тест стоит 2 доллара, что делает его идеальным для использования в местах с низким ресурсом или удаленным.

Nasred может заполнить критический диагностический разрыв, особенно для заболеваний, которые трудно обнаружить на ранних этапах, таких как гепатит С, ВИЧ или заболевание Лайма. Это также многообещающе для возникающих вспышек с низкой распространенностью, но высоким риском. Такие заболевания часто остаются недиагностированными, потому что проведение лабораторного теста для одного или двух пациентов не эффективно. Насред мотает этот разрыв, предлагая высокочувствительный тест, который работает немедленно и экономически в точке медицинской помощи.

В то время как NASRED в настоящее время требуют небольших, центральных машин для прядения и смешивания образцов, исследователи работают над дальнейшим миниатюризацией и автоматизацией процесса. С продолжением разработки технология может однажды стать удобным домашним тестом, аналогичным существующим тестам быстрого COVID-19. Тем не менее, это будет иметь значительно более высокую чувствительность и более широкие приложения.

Значительный скачок вперед в диагностике

Nasred резко превосходит существующие диагностические стандарты. Новое исследование показывает, что NASRED в 3000 раз более чувствителен, чем ELISA, требует в 16 раз меньше объема выборки и обеспечивает результаты примерно в 30 раз быстрее.

Более ранняя версия технологии обнаружила Эболу в крошечной выборке крови. «Для новой технологии мы подтолкнули чувствительность к аттомолярному диапазону», – говорит Ван. Это все равно, что обнаружить одну каплю чернил в 20 олимпийских бассейнах.

Технология обещает обнаружение вирусных нагрузок непосредственно из жидкостей организма без сложного препарата образца, используемого в методах на основе ПЦР. В предварительных тестах с фактическими частицами коронавируса NASRED достиг чувствительности, сравнимой с Abbott ID сейчас, популярным молекулярным тестом для многих заболеваний, таких как Covid-19.

«Одной из сильных сторон нашего датчика является то, что он очень модульный», – говорит Ван. «Наночастицы спроектированы таким образом, чтобы мы могли легко обмениваться различными белками, позволяя адаптироваться к одной и той же платформе для множества различных заболеваний. Мы уже продемонстрировали этот подход в нашем исследовании, продуцирующих токсин Shiga E. coli, а также биомаркеры рака, белки, связанные с болезнью Альцгеймера, болезнь лимма и лихорадку африканского свинья».

Недавно Ван получил премию «Новый лидер» в области залива и будет использовать высокую чувствительность и мобильность этой новой технологии для обнаружения ранней инфекции Лайма.

По мере развития технологии, диапазон ее применений может выходить за рамки инфекционных заболеваний. Раннее выявление рака, мониторинг хронических заболеваний в реальном времени и улучшение наблюдения за угрозами общественного здравоохранения в пределах досягаемости.