По словам инженеров Университета Райса, COVID-19 можно диагностировать за 55 минут или меньше с помощью запрограммированных магнитных наночастиц и диагностического инструмента, который подключается к стандартному мобильному телефону.

Лаборатория Райса инженера-механика Питера Лиллехой разработала микрофлюидный чип размером с штамп, который измеряет концентрацию белка нуклеокапсида (N) SARS-CoV-2 в сыворотке крови при стандартном уколе пальца. Наночастицы связываются с белком SARS-CoV-2 N, биомаркером COVID-19, в чипе и транспортируют его к электрохимическому датчику, который обнаруживает незначительные количества биомаркера.

Исследователи утверждали, что их процесс упрощает обработку образцов по сравнению с тестами ПЦР на основе мазков, которые широко используются для диагностики COVID-19 и должны быть проанализированы в лаборатории.

«В этом устройстве замечательно то, что не требуется лаборатория», — сказал Лиллехой. «Вы можете провести весь тест и получить результаты на месте сбора, в поликлинике или даже в аптеке. Вся система легко транспортируется и проста в использовании».

Исследование опубликовано в журнале ACS Sensors Американского химического общества.

Лиллехой и Райс, аспирант и ведущий автор, Джиран Ли воспользовались преимуществами существующих инструментов биодатчика и объединили их со своим собственным опытом в разработке простых средств диагностики, таких как пластырь с микроиглами, представленный в прошлом году для диагностики малярии.

Новый инструмент основан на немного более сложной схеме обнаружения, но обеспечивает точные количественные результаты за короткий промежуток времени. Чтобы протестировать устройство, лаборатория использовала образцы сыворотки, предоставленные здоровыми людьми и другими людьми, инфицированными COVID-19.

Лиллехой сказал, что более длительная инкубация дает более точные результаты при использовании цельной сыворотки. Лаборатория обнаружила, что 55 минут — это оптимальное время для микрочипа, чтобы обнаружить белок SARS-CoV-2 N при концентрациях всего 50 пикограмм (миллиардных долей грамма) на миллилитр в цельной сыворотке. Микрочип мог обнаруживать N-белок в еще более низких концентрациях, 10 пикограмм на миллилитр, всего за 25 минут при пятикратном разведении сыворотки.

В сочетании с телефоном Google Pixel 2 и подключаемым потенциостатом он смог поставить положительный диагноз с концентрацией всего 230 пикограмм для цельной сыворотки.

«Существуют стандартные процедуры модификации гранул с помощью антител, нацеленных на определенный биомаркер», — сказал Лиллехой. «Когда вы объединяете их с образцом, содержащим биомаркер, в данном случае белок SARS-CoV-2 N, они связываются вместе».

Капиллярная трубка используется для доставки образца к чипу, который затем помещается на магнит, который притягивает гранулы к электрохимическому датчику, покрытому улавливающими антителами. Гранулы связываются с захватывающими антителами и генерируют ток, пропорциональный концентрации биомаркера в образце.

Потенциостат считывает этот ток и отправляет сигнал своему телефонному приложению. Если биомаркеры COVID-19 отсутствуют, шарики не связываются с датчиком и смываются внутри чипа.

Лиллехой сказал, что для промышленности не составит труда произвести микрожидкостные чипы или адаптировать их к новым штаммам COVID-19, если и когда это станет необходимым.

Национальные институты здравоохранения, Национальный научный фонд и Исследовательский фонд COVID-19 Университета Райса поддержали исследование.