Een klein beetje norovirus - de zeer besmettelijke microbe die elk jaar ongeveer 20 miljoen gevallen van voedselvergiftiging in de Verenigde Staten veroorzaakt - gaat een lange weg. Slechts 10 deeltjes van het virus kunnen bij mensen ziekte veroorzaken. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Arizona heeft een eenvoudige, draagbare en goedkope methode voor het detecteren van extreem lage niveaus van norovirus.

Jeong Yeol Yoon, een onderzoeker bij de afdeling Biomedische Technologie; Soo Chung, een doctoraatsstudent biosystems engineering die werkt in Yoon's Biosensors Lab; en Kelly A. Reynolds, voorzitter van de afdeling Gemeenschap, Milieu en beleid in het Mel &Enid Zuckerman College of Public Health, leidde het project. Het team publiceerde hun resultaten in ACS Omega , het officiële tijdschrift van de American Chemical Society, en Yoon presenteert het onderzoek deze week op de ACS Fall 2019 National Meeting &Exposition in San Diego.

"Vooruitgang in snelle monitoring van menselijke virussen in water is essentieel voor de bescherming van de volksgezondheid, "zei Reynolds. "Deze snelle, goedkope technologie voor het monitoren van de waterkwaliteit kan een transformerend hulpmiddel zijn om zowel lokale als wereldwijde ziektelast te verminderen."

Het National Science Foundation Water and Environmental Technology Centre aan de UA en Tucson Water hebben beide financiering voor dit onderzoek verstrekt. Hoewel norovirus vaak wordt geassocieerd met cruiseschepen, het kan zich ook snel door een gemeenschap verspreiden via de watervoorziening. Het veroorzaakt ongeveer 200, 000 doden wereldwijd per jaar.

Componenten eenvoudig houden

Er bestaan ​​al apparaten om norovirus in kleine hoeveelheden te detecteren, maar ze vereisen meestal een laboratoriumomgeving met een reeks microscopen, lasers en spectrometers die duizenden dollars kunnen kosten. Om norovirus in het veld te detecteren, zoals op cruiseschepen of in gemeentelijke waterputten, besloot het team veel eenvoudigere materialen te gebruiken:papier, in de vorm van microfluïdische chips, en een smartphone.

"Papiersubstraat is erg goedkoop en gemakkelijk op te slaan, en we kunnen deze chips gemakkelijk fabriceren, Chung zei. "De vezelachtige structuur van papier zorgt er ook voor dat vloeistof spontaan kan stromen zonder gebruik te maken van de pompsystemen, andere chips, zoals siliciumchips, meestal nodig."

Echter, wetenschappers detecteren meestal verontreinigingen op de chips door de verstrooiing en reflectie van licht in een monster te meten, en de poreusheid en ondoorzichtigheid van papier kunnen achtergrondverstrooiing veroorzaken die de beeldvorming verstoort en het moeilijk maakt om zeer kleine concentraties van een virus te detecteren. Dus, de groep ontwikkelde een nieuwe manier om norovirus te detecteren, door fluorescerende kralen te tellen in plaats van de lichtintensiteit te meten.

Het proces begint met het toevoegen van mogelijk verontreinigd water aan het ene uiteinde van een papieren microfluïdische chip. Aan de andere kant, een tester voegt kleine, fluorescerende polystyreenkralen (zie de kleine witte balletjes in een zitzak - dit is hetzelfde materiaal, maar veel kleiner). Elke kraal is bevestigd aan een antilichaam tegen het norovirus. Als het norovirus aanwezig is, verschillende antilichamen hechten zich aan elk virusdeeltje, het creëren van een kleine klomp fluorescerende kralen.

"Norovirusdeeltjes zijn te klein om door een smartphonemicroscoop in beeld te worden gebracht, en dat geldt ook voor antilichamen, " zei Yoon. "Maar als je twee of drie of meer van deze kralen hebt samengevoegd, dat aangeeft dat het norovirus er is, waardoor de kralen aggregeren."

Deze klompjes kralen zijn groot genoeg voor een smartphonemicroscoop om te detecteren en te fotograferen. Vervolgens, een smartphone-app die de onderzoekers hebben gemaakt, telt het aantal verlichte pixels in de afbeelding om het aantal geaggregeerde kralen te identificeren, en vervolgens, het aantal norovirusdeeltjes in het monster. Dat is nog een voordeel van de papierchip:door capillaire werking, de groepen kralen verspreid over het papier, waardoor ze gemakkelijker te tellen zijn. Het duurste onderdeel van het hele apparaat - de smartphonemicroscoop - kost minder dan $ 50. Het is ook eenvoudig te gebruiken.

"Je hoeft geen wetenschapper of ingenieur te zijn om het apparaat te laten werken, Yoon zei. "Analyse wordt automatisch gedaan door de smartphone-app, dus u hoeft zich alleen maar zorgen te maken over het laden van een monster water op de chip."

In de toekomst, het team hoopt methoden te ontwikkelen om norovirusinfecties bij patiënten nog eerder op te sporen, en om hun smartphone-monitoringplatform uit te breiden om andere gevaren te detecteren, zoals potentieel kankerverwekkende chemicaliën. Ze zijn ook van plan het gebruik van het platform over de hele wereld te verspreiden, het bestrijden en opsporen van verstrekkende ziekten met instrumenten die net zo wijdverbreid zijn.