Een apparaat van Los Alamos National Laboratory-onderzoekers is niet helemaal de Star Trek "tricorder" medische scanner, maar het is een stap in de goede richting. De Portable EnGineered Analytic Sensor with geautomatiseerde Sampling (PEGASUS) is een geminiaturiseerde optische sensor op basis van golfgeleiders die toxines kan detecteren, bacteriële handtekeningen, virale handtekeningen, biobedreigingen, witte poeders en meer, uit monsters zoals bloed, water, CSF, voedsel, en diermonsters.

"Het vermogen om ziekteverwekkers te detecteren, biologische bedreigingen of toxines, snel en nauwkeurig, zonder voorkennis van de agent, zou leiden tot betere gezondheidsresultaten voor mens en milieu, "Zei hoofdonderzoeker Harshini Mukundan. "Dit is een belangrijke stap om te begrijpen waar een hulpverlener mee te maken heeft en om hen snelle resultaten te bieden."

PEGASUS vereist geen opgeleid personeel of laboratoriumapparatuur om te werken, wat betekent dat het gemakkelijk kan worden gebruikt in afgelegen gebieden van de wereld. Het kan onderscheid maken tussen bacteriële en virale handtekeningen, het mogelijk maken van de juiste keuze van de behandeling, die de gezondheidsresultaten van patiënten moeten verbeteren en de verspreiding van antimicrobiële resistentie moeten verminderen, zei Mukundan.

De sensor bevat een geïntegreerd monsterverwerkingsapparaat met minimale praktische stappen, om ervoor te zorgen dat elk monster van de kwaliteit is die nodig is voor detectie. "Het kan helpen om het probleem van verkeerde identificatie van biomoleculen op te lossen, vooral in het veld, waardoor we voorbereid zijn op elke mogelijke uitbraak of biothreat-gebeurtenis, ' zei Mukundan.

"Detectie vindt plaats in twee grote stappen, " zei Kiersten Lenz, een onderzoeker op het project. "Eerst, het monster wordt verwerkt in een microfluïdisch apparaat, waarvoor slechts een klein monstervolume nodig is. Volgende, het verwerkte monster wordt op de geminiaturiseerde sensor geladen, waar detectie plaatsvindt. Het microfluïdische apparaat en de sensor kunnen worden verpakt in een robuuste koffer die overal ter wereld kan worden meegenomen, waardoor meer toegang tot deze detectietool mogelijk is."

"We hopen op een breed gebruik voor dit apparaat, "Vervolgde Mukundan. "Het kan worden gebruikt om bacteriële infecties bij mensen of dieren op te sporen, of uitbraken in de voedselvoorziening, identificeer witte poeders, de aanwezigheid van specifieke virussen bij mensen detecteren, dieren, voedsel, of water, potentiële biobedreigingsagenten identificeren, en meer. Bijvoorbeeld, onze technologie kan snel een infectie detecteren in een dokterspraktijk, een afgelegen kliniek, of een laboratorium. In het geval van bacteriële infecties, het kan onderscheid maken tussen Gram-positieve, -negatief, en onbekende bronnen, zonder voorkennis van het type infectie, over 15-30 minuten, " zei ze. Voor dergelijke infecties, zodra de klasse van bacteriën bekend is, geschikte behandelingen kunnen worden gekozen die belangrijke voordelen zullen opleveren voor het herstel van de patiënt. In aanvulling, weten om welke bacterie het gaat, kan ook het voorschrijven van breedspectrumantibiotica verminderen, wat kan leiden tot de ontwikkeling van antibioticaresistente organismen.

Een ander potentieel effect ligt op het gebied van biosurveillance. Omdat de biosensor in afgelegen gebieden van de wereld kan worden gebruikt en een verscheidenheid aan biologische moleculen uit verschillende bronnen kan detecteren, het kan van invloed zijn op het monitoren van de aanwezigheid van potentiële biothreatagentia of uitbraken. De sensor kan de aanwezigheid van biomoleculen uit voedselbronnen detecteren, de watervoorziening, en kan helpen om onbekende witte poeders te identificeren die in verdachte pakketten worden verzonden of op de snelweg worden gemorst. Met beter toezicht en toezicht, we beter voorbereid kunnen zijn op mogelijke uitbraken, omdat we een beter begrip zullen hebben van de specifieke agenten die in het spel zijn.

Hoe het werkt

De technologie van het apparaat is gebaseerd op een op een tafelmodel gebaseerde optische biosensor die is ontwikkeld in Los Alamos. Het detectiesysteem detecteert analyten op een vlak optische golfgeleideroppervlak in een zeer klein (~200 nm) veld. Om het detectieveld te produceren, een laser wordt onder een kritische invalshoek in de vlakke golfgeleider gekoppeld, en totale interne reflectie van licht vindt plaats tussen de lagen van de golfgeleider, vanwege hun verschillende brekingsindices. Dit zorgt ervoor dat een verdwijnend veld uitstraalt vanaf het oppervlak van de golfgeleider, waar fluorescerende moleculen worden gedetecteerd.