Ten ręczny zestaw do laboratorium diagnostycznego może zwiększyć szybkość i objętość badań chorób

Wykorzystując roje magnesów wielkości główki od szpilki w przenośnym, wszechstronnym układzie laboratoryjnym, naukowcy z UCLA opracowali technologię, która może radykalnie zwiększyć szybkość i skalę testowania chorób, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów i wykorzystaniu ograniczonych zapasów.

Zautomatyzowane testy można łatwo wyprodukować, wdrożyć i wdrożyć na czas w gabinecie lekarskim, przychodni zdrowia lub w ośrodkach testów masowych na lotniskach i w szkołach w przypadku wystąpienia poważnej choroby zakaźnej. Zespół badawczy kierowany przez UCLA był motywowany brakiem równego dostępu do testów w pierwszych miesiącach pandemii COVID-19, kiedy kilka laboratoriów klinicznych mogło przeprowadzić testy. Przełom technologiczny może pomóc władzom lepiej przygotować się na przyszłe pandemie poprzez decentralizację testów i maksymalizację wykorzystania zasobów.

UCLA School of Engineering, profesor Dino DiCarlo z bioinżynierii i profesor nadzwyczajny Sam Emamengad z inżynierii elektrycznej i komputerowej, są współautorami badania opublikowanego w tym tygodniu w charakter temperamentu. Artykuł nakreślił sposób pracy grupy laboratoryjnej i zawierał wyniki badania klinicznego z próbkami testowymi od osób, które doświadczyły objawów COVID-19. Ponad 100 wyników testów przy użyciu zestawu laboratoryjnego zostało porównanych z tymi samymi próbkami przetestowanymi pod kątem COVID-19 przy użyciu diagnostyki molekularnej opartej na reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR), wykonywanej w ramach rutynowej opieki klinicznej w UCLA Health.

„Nasza technologia przenośnych laboratoriów może pomóc przezwyciężyć niektóre bariery niedoboru i dostępu do testów, szczególnie na początku epidemii, kiedy kontrola rozprzestrzeniania się choroby ma kluczowe znaczenie” – powiedział Imam Nejad, który jest również wykładowcą bioinżynierii. . „Oprócz zdolności do rozwiązywania problemów związanych z brakiem podaży i wysokim popytem, ​​można go szeroko dostosować do testowania wielu rodzajów chorób w terenie i z jakością laboratoryjną”.

Wykorzystując płytkę drukowaną, która steruje macierzą ruchomych dysków magnetycznych o wielkości 1 milimetra, znanych jako „ferroboty”, do przesyłania próbek w ramach procedury diagnostycznej testu amplifikacji DNA (NAAT), nadwrażliwy zespół laboratoryjny naukowców był w stanie wykryć obecność materiał genetyczny wirusa -; W tym przypadku wirus SARS-CoV-2, który powoduje COVID-19. Wszystkie etapy separacji próbki testowej, sortowania, mieszania i amplifikacji są zautomatyzowane i wykonywane na poziomie mikro w partii.

Kompaktowa konstrukcja tej platformy i zautomatyzowane przetwarzanie próbek umożliwiają łatwe wdrożenie testów zbiorczych, ponieważ można jednocześnie testować dziesiątki próbek pacjentów, wszystkie przy użyciu tych samych materiałów, których obecnie wymaga tylko jedno badanie pacjenta. Na przykład możesz przetestować studentów w całym akademiku uniwersyteckim za pomocą kilkudziesięciu zestawów testowych”.

Dino DiCarlo, przewodniczący Armond na UCLA i Elena Hayrapetian w inżynierii i medycynie

Projektując zestaw do testów zbiorczych, system wymaga znacznie mniejszych ilości odczynników chemicznych niż te wymagane do indywidualnego testowania próbek. W badaniu zespołu zebrano i przetestowano do 16 próbek. Jeśli połączony test wykaże pozytywny wynik, kolejne testy będą wykonywane automatycznie na tej samej platformie, aż do zidentyfikowania rzeczywiście pozytywnych próbek. Cały ten proces trwał od 30 do 60 minut, w zależności od tego, czy były próbki pozytywne. Dzięki możliwości miniaturyzacji testów i połączonej technologii testowania, koszty odczynników chemicznych można zmniejszyć od 10 do 300 razy.

Oprócz możliwości jednoczesnego testowania wielu chorób, platforma oferuje również solidną dokładność i automatyzację. Na przykład, w połączonym teście z 16 próbkami, ponad 300 procesów laboratoryjnych, w tym mieszanie i sortowanie, zostało zautomatyzowanych przez ferroboty -; To ponad 3000 pojedynczych ruchów lub operacji. W swoich badaniach niezawodności naukowcy wykazali, że żelazne roboty mogą bezbłędnie wykonywać ponad 8 milionów operacji.

Oprócz Di Carlo i Emamingada, obaj członkowie wydziału Kalifornijskiego Instytutu NanoSystemów na UCLA, głównymi autorami tego badania są haesung Lin oraz doktoranci Wenzhou Yu i Kiarash Sabet-; Wszyscy są członkami Imaminejad Interconnected and Integrated Bioelectronics Laboratory na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles.

Inni autorzy to Michael Bogommel, Jacob Humbalk i Shuyu Lin z UCLA. doktor habilitowany Yichao Zhao; Plus profesor nadzwyczajny UCLA Sukantha Chandrasekaran i profesor nadzwyczajny patologii i medycyny laboratoryjnej w Omai Garner.

Badania były wspierane przez COVID-19 Research Award Program Fundacji WM Kecka, Narodową Fundację Nauki oraz NSF Engineering Research Center for Advanced Microtechnologies and Health Systems for Disadvanted Populations (PATHS-UP). Ośrodek badawczy UCLA Nanoelectronics Research Facility zapewnił dostęp do sprzętu produkcyjnego używanego w badaniu. Lin, Yu, Sapt, Di Carlo i Emamengad złożyli wniosek patentowy w UCLA Technology Development Group na technologię zastosowaną w nowym systemie.