Sử dụng điện thoại thông minh để phát hiện một loại vi-rút rất dễ lây lan
Một thiết bị mới sử dụng điện thoại thông minh và chip microfluidic bằng giấy để phát hiện mức độ cực kỳ thấp của norovirus.
Norovirus là một loại vi rút rất dễ lây lan gây ra khoảng 19–21 triệu trường hợp viêm dạ dày ruột cấp tính hàng năm ở Hoa Kỳ.
Trên thực tế, norovirus là "nguyên nhân hàng đầu gây ra bệnh do thực phẩm" ở Hoa Kỳ.
Norovirus cũng chịu trách nhiệm về 1,9 triệu lượt bệnh viện và 400.000 lượt người khác đến khoa cấp cứu. Điều này khiến Hoa Kỳ tiêu tốn khoảng 2 tỷ đô la chi phí chăm sóc sức khỏe và mất năng suất việc làm.
Vi rút có thể lây nhiễm ở mức độ rất thấp, chỉ cần 10 hạt vi rút là đủ để gây nhiễm trùng.
Vì vậy, các nhà nghiên cứu từ Đại học Arizona (UA) ở Tucson đã bắt đầu tạo ra một phương pháp hiệu quả để phát hiện ngay cả những cấp độ nhỏ nhất của virus.
Ba nhà nghiên cứu đồng dẫn đầu dự án: Jeong-Yeol Yoon, từ Khoa Kỹ thuật Y sinh tại UA; Soo Chung, một nhà nghiên cứu tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Yoon; và Kelly A. Reynolds, chủ tịch Khoa Cộng đồng, Môi trường và Chính sách tại Đại học Y tế Công cộng Mel & Enid Zuckerman tại UA.
Yoon đã trình bày nghiên cứu tại Hội nghị & Triển lãm Quốc gia Mùa thu 2019 của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ ở San Diego, CA và bài báo hiện đã xuất hiện trên tạp chí ACS Omega.
Cách thức hoạt động của thiết bị giá rẻ và nhanh chóng
Vi rút có thể lây lan rất nhanh qua nước. Các thiết bị hiện có để phát hiện norovirus đòi hỏi phải có phòng thí nghiệm và nhiều loại kính hiển vi, tia laser và quang phổ kế đắt tiền. Đây là những công cụ đo lường các loại bức xạ và bước sóng.
Với phương pháp mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng những vật liệu đơn giản bao gồm giấy và một chiếc điện thoại thông minh. Chung giải thích làm thế nào mà giấy có thể biến đổi thành các chip vi lỏng.
Ông nói: “Chất nền giấy rất rẻ và dễ bảo quản, và chúng tôi có thể chế tạo những con chip này một cách dễ dàng. "Cấu trúc dạng sợi của giấy cũng cho phép chất lỏng chảy tự nhiên mà không cần sử dụng hệ thống bơm mà các chip khác, chẳng hạn như chip silicon, thường yêu cầu."
Thông thường, các nhà khoa học đo cách ánh sáng phản chiếu trong một mẫu bằng phân tích quang phổ. Tuy nhiên, khía cạnh không đồng nhất (xốp) của giấy, cùng với độ mờ quang học của nó, có thể tạo ra “sự phản xạ và tán xạ nền”.
Để vượt qua trở ngại này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp trong đó họ đếm các hạt huỳnh quang thay vì đo cường độ ánh sáng.
Phương pháp này bao gồm thêm nước vào một đầu của chip microfluidic bằng giấy và các hạt làm bằng polystyrene huỳnh quang vào đầu kia.
Mỗi hạt nhỏ này được gắn với một kháng thể chống lại vi rút. Nếu norovirus có trong nước, một số kháng thể sẽ tấn công nó, tự gắn vào hạt virus và tạo ra một đám huỳnh quang.
Yoon giải thích: “Các hạt norovirus quá nhỏ để có thể chụp ảnh bằng kính hiển vi điện thoại thông minh, và các kháng thể cũng vậy. "Nhưng khi bạn có hai hoặc ba hoặc nhiều hơn các hạt này kết hợp với nhau, điều đó cho thấy rằng norovirus đang ở đó, khiến các hạt kết tụ lại."
Các khối hạt đủ lớn để một chiếc điện thoại thông minh có thể nhặt chúng và chụp ảnh chúng. Các nhà nghiên cứu cũng tạo ra một ứng dụng điện thoại thông minh để đếm các hạt norovirus trong mẫu.
Yoon nói: “Bạn không cần phải là một nhà khoa học hay một kỹ sư để vận hành thiết bị. “Việc phân tích sẽ được thực hiện tự động bởi ứng dụng điện thoại thông minh, vì vậy tất cả những gì bạn phải lo lắng là tải một mẫu nước lên chip”.
Thiết bị này cũng rẻ, với thành phần đắt nhất có giá dưới 50 đô la.
Reynolds nói: “Những tiến bộ trong việc giám sát nhanh chóng vi rút ở người trong nước là điều cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
“Công nghệ giám sát chất lượng nước nhanh chóng, chi phí thấp này có thể là một công cụ chuyển đổi để giảm gánh nặng bệnh tật cho cả địa phương và toàn cầu”.
Kelly A. Reynolds
