Berucht gemaakt door uitbraken op cruiseschepen, norovirus kan een vakantie echt verpesten, ernstig braken veroorzaken, diarree en buikpijn. Maar ook dichter bij huis kan het zeer besmettelijke virus toeslaan, met door water en voedsel overgedragen uitbraken in gemeentelijke watersystemen, scholen en restaurants. Vandaag, onderzoekers melden een gevoelige, draagbaar apparaat dat slechts een handvol norovirusdeeltjes in water kan detecteren.

De onderzoekers zullen hun resultaten presenteren op de American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Er is maar een heel klein aantal norovirusdeeltjes nodig om een ​​infectie bij mensen te veroorzaken, dus we hebben een heel gevoelige detectiemethode nodig, " zegt Jeong-Yeol Yoon, doctoraat, die het team leidde. "Ook, wetenschappers zijn niet in staat om norovirus in het laboratorium te kweken, en beschikbare antilichamen tegen de ziekteverwekker zijn niet erg sterk." het detecteren van zeer kleine hoeveelheden norovirus in water- of voedselmonsters omvat meestal een op polymerasekettingreactie (PCR) gebaseerde methode, die enkele uren in beslag neemt en door getraind personeel in een laboratorium moet worden uitgevoerd.

In eerder werk, Yoon en zijn collega's van de Universiteit van Arizona ontwikkelden een smartphone-gebaseerd apparaat dat lage niveaus van norovirus kon detecteren door het licht te meten dat wordt verstrooid door virusgebonden polystyreenkorrels in een papieren microfluïdische chip. "Ook al was onze detectielimiet erg laag, het probleem was dat norovirus in nog lagere concentraties besmettelijk kan zijn, Yoon zegt. "Toen we op conferenties over dit werk spraken, de feedback die we kregen was dat we een nog eenvoudigere methode moesten bieden die veel lagere virusconcentraties kan detecteren."

Dus ging het team terug naar het lab en ontwikkelde een nieuwe benadering die gebruik maakt van fluorescentie, in plaats van lichtverstrooiing, norovirus te detecteren. De onderzoekers hebben een gewone smartphone omgebouwd tot een fluorescentiemicroscoop door een in de handel verkrijgbaar accessoire voor een lichtmicroscoop te bevestigen, een aparte lichtbron en twee banddoorlaatfilters. Naar een kanaal van hun papieren microfluïdische chip, ze voegden een watermonster toe dat norovirus bevatte. Vervolgens, de onderzoekers voegden een suspensie van fluorescerende kralen toe met daaraan gehechte antilichamen tegen het norovirus. De capillaire werking van het papier zorgde ervoor dat de twee vloeistoffen vloeiden en vermengden. Elk afzonderlijk norovirusdeeltje gebonden aan meerdere fluorescerende korrels via hun aangehechte antilichamen, waardoor de kralen aggregeren en een veel groter fluorescerend beeld produceren.

Het team maakte foto's van de chip met hun op smartphones gebaseerde fluorescentiemicroscoop, en een app berekende norovirusconcentraties op basis van het aantal pixels van de afbeeldingen. "De laagste detectielimiet kwam overeen met ongeveer 5 of 6 norovirusdeeltjes per monster, dus het is heel dicht bij het niveau van een enkel virus, ", zegt Yoon. Omdat slechts 10 virusdeeltjes ziekte kunnen veroorzaken bij mensen, de nieuwe methode is gevoelig genoeg voor praktische toepassingen.

Onlangs, Yoon en collega's maakten het systeem compacter en handzamer door de fluorescentiemicroscoop te omsluiten, lichtbron en optische filters in een 3D-geprinte behuizing. Ze ontwikkelden ook een cloud-computing-app om de grote afbeeldingen te analyseren en de resultaten terug te sturen naar de smartphone. In aanvulling, ze hebben een manier gevonden om monsters in de papierchip te concentreren, zodat ze veel grotere monstervolumes kunnen analyseren.

Het apparaat kon minuscule hoeveelheden norovirus detecteren in zowel gezuiverd water als teruggewonnen afvalwater, wat erg vies is. Kraanwater, anderzijds, foutgevoelig was. "Wij geloven dat het chloor in leidingwater de test beïnvloedt, Yoon zegt. "We denken niet dat het een probleem zal zijn om het water te behandelen om chloor te verwijderen voordat we onze methode uitvoeren." Yoon voorziet dat medewerkers van gemeentelijke watersystemen het apparaat en de app kunnen gebruiken om te controleren op norovirus in de watervoorziening. Om het gebruik van de test in het veld te testen, het team werkt samen met Kelly Reynolds, doctoraat, bij dezelfde instelling, evenals Tucson Water.

Nutsvoorzieningen, Yoon en collega's werken eraan om met hun smartphone-apparaat norovirusinfecties bij patiënten in een eerder stadium te diagnosticeren dan nu mogelijk is. Om dit te doen, ze zijn van plan om fecale monsters te analyseren. "Als het norovirus niveaus bereikt die met andere methoden kunnen worden gedetecteerd, de persoon is al ernstig ziek, " zegt Yoon. "Maar als we het virus eerder kunnen detecteren, ze kunnen sneller medische zorg krijgen." Vroege opsporing kan ook helpen de verspreiding van ziekten in geïsoleerde, drukke situaties zoals cruiseschepen, waar het onderscheid tussen een doorsnee maagklachten en een norovirusinfectie de quarantaine-inspanningen zou kunnen leiden of het krijgen van een passagier naar de haven voor behandeling zou kunnen versnellen.