COVIDist vähini: uus kodune test tuvastab haigusi hämmastava täpsusega

Kas sul on kurguvalu ja ninakinnisus? Kiirtestide tulek on teinud lihtsaks kindlaks teha, kas sul on tõsine haigus, näiteks COVID-19, või lihtsalt kevadine allergia. Kuid vaatamata kiirusele ja mugavusele on need testid vähem tundlikud kui kliinikutes kasutatavad. See tähendab, et tulemus võib olla negatiivne isegi siis, kui inimene on nakatunud.

Lahenduseks võiks olla uus ja odav biosensortehnoloogia, mis muudaks kodused kiirtestid 100 korda tundlikumaks selliste viiruste nagu COVID-19 suhtes. See võiks laiendada ka kiirsõeluuringute võimalusi teiste ohtlike seisundite, näiteks eesnäärmevähi ja sepsise suhtes.

California Ülikooli Berkeley teadlased on välja töötanud testi, mis ühendab loodusliku aurustumisprotsessi, mida nimetatakse "kohvirõnga efektiks", plasmoonika ja tehisintellektiga, et tuvastada haiguste biomarkereid täpselt vaid minutitega.

„See lihtne, kuid võimas tehnika annab ülitäpseid tulemusi murdosa ajaga, mis kulub traditsiooniliste diagnostiliste meetodite puhul,“ ütles Kamyar Behrouzi, hiljutine mikroelektromehaaniliste süsteemide ja nanotehnoloogia doktorant UC Berkeleys.
„Meie töö sillutab teed kättesaadavamatele ja taskukohasematele diagnostilistele lahendustele, eriti ressurssidega piiratud piirkondades.“

Tehnoloogia kirjeldus avaldati ajakirjas Nature Communications.

Kohvirõnga efekt ja nanoosakesed

Kui kohvi- või veiniplekki lähemalt uurida, on märgata, et see on servadest tumedam kui keskelt. See on tingitud füüsikalisest nähtusest, mida tuntakse kohvirõnga efektina: kui vedelikutilk aurustub, tekitab see voolu, mis surub hõljuvaid osakesi servade poole. Kui osakesed on pigmenteerunud, nagu kohvis või veinis, moodustub pleki servade ümber tumedam rõngas.

2020. aastal töötas Behrouz välja biosensorit COVID-19 tuvastamiseks ja märkas, et tema eksperimentaalse lahuse tilgad jätsid kuivades ringikujulisi jälgi. Ta mõistis, et kohvirõnga efekti saab kasutada COVID-19 viiruse osakeste kontsentreerimiseks, mis muudaks need hõlpsamini tuvastatavaks.

"Saime aru, et saame seda efekti kasutada millegi palju parema loomiseks, kui algselt plaanisime," ütles Behrouz.

Kuidas test töötab?

Kiirtesti tehnoloogia kasutab pisikesi osakesi, mida nimetatakse plasmoonilisteks nanoosakesteks ja mis suhtlevad valgusega erilisel viisil.

1. Kasutaja kannab membraanile tilga vedelikku, mis sisaldab haigusega seotud valke (näiteks suust või ninast võetud tampooni).
2. Kuivana kontsentreerib tilk haiguse biomarkerid kohvirõnga piirkonda.
3. Seejärel lisab kasutaja teise tilga, mis sisaldab plasmoonilisi nanoosakesi, mis "kleepuvad" haiguse biomarkerite külge.

Kui biomarkerid on olemas, moodustavad nanoosakesed spetsiifilisi mustreid, mis muudavad valguse ja membraani vastastikmõju. Neid muutusi saab näha palja silmaga või tehisintellektil põhineva nutitelefonirakenduse abil.

Tehnoloogia annab tulemused vähem kui 12 minutiga ja on COVID-19 suhtes 100 korda tundlikum kui sarnased kodused testid.

Rakendus muude haiguste korral

„Üks võtmevalke, mida me selle tehnikaga tuvastada saame, on sepsise biomarker – ohtlik põletikuline reaktsioon bakteriaalsele infektsioonile, mis võib areneda väga kiiresti, eriti üle 50-aastastel inimestel,“ ütles uuringu vanem autor Liwei Lin, UC Berkeley masinaehituse professor.
„Iga tund on oluline, kuid bakterite kultiveerimine nakkusallika tuvastamiseks võib võtta päevi. Meie tehnika võimaldaks arstidel sepsist tuvastada 10–15 minutiga.“

Teadlased on juba loonud COVID-19 kiirtestidega sarnase koduse testi prototüübi, millel on 3D-prinditud komponendid, mis aitavad proovi õigesti paigutada ja plasmoonilisi tilgakesi peale kanda.

„COVID-19 pandeemia ajal tuginesime kodustele testidele, et näha, kas oleme nakatunud. Loodan, et meie tehnoloogia muudab regulaarse sõeluuringu selliste haiguste nagu eesnäärmevähi suhtes kättesaadavamaks ilma kodust lahkumata,“ ütles Lin.