Utilizzo di uno smartphone per rilevare un virus altamente contagioso
Un nuovo dispositivo utilizza uno smartphone e un chip microfluidico di carta per rilevare livelli estremamente bassi di norovirus.
Il norovirus è un virus molto contagioso responsabile di circa 19-21 milioni di casi all'anno di gastroenterite acuta negli Stati Uniti.
In effetti, il norovirus è "la principale causa di malattie di origine alimentare" negli Stati Uniti
Norovirus è anche responsabile di un massimo di 1,9 milioni di visite ospedaliere e di altre 400.000 visite al pronto soccorso. Ciò costa agli Stati Uniti circa 2 miliardi di dollari in spese sanitarie e perdita di produttività del lavoro.
Il virus può essere contagioso a livelli molto bassi, con solo 10 particelle virali sufficienti a causare un'infezione.
Quindi, i ricercatori dell'Università dell'Arizona (UA) a Tucson hanno deciso di creare un modo efficiente per rilevare anche i livelli più piccoli del virus.
Tre ricercatori hanno co-condotto il progetto: Jeong-Yeol Yoon, del Dipartimento di Ingegneria Biomedica presso UA; Soo Chung, ricercatore di dottorato nel laboratorio di Yoon; e Kelly A. Reynolds, presidente del Dipartimento per la comunità, l'ambiente e la politica del Mel & Enid Zuckerman College of Public Health dell'UA.
Yoon ha presentato la ricerca all'American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition a San Diego, in California, e il documento ora appare sulla rivista ACS Omega.
Come funziona il dispositivo economico e veloce
Il virus può diffondersi molto rapidamente attraverso l'acqua. I dispositivi esistenti per rilevare il norovirus richiedono un laboratorio e una gamma di microscopi, laser e costosi spettrometri. Questi sono strumenti che misurano i tipi di radiazione e la lunghezza d'onda.
Con il nuovo metodo, i ricercatori hanno utilizzato materiali semplici tra cui carta e uno smartphone. Chung spiega come sia possibile che la carta si trasformi in chip microfluidici.
"Il supporto di carta è molto economico e facile da immagazzinare e possiamo fabbricare facilmente questi chip", afferma. "La struttura fibrosa della carta consente inoltre al liquido di fluire spontaneamente senza utilizzare i sistemi di pompaggio che di solito richiedono altri chip, come i chip di silicio".
In genere, gli scienziati misurano il modo in cui la luce si riflette in un campione utilizzando l'analisi spettrometrica. Tuttavia, l'aspetto non omogeneo (poroso) della carta, insieme alla sua opacità ottica, può generare "dispersione e riflessione dello sfondo".
Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno sviluppato un metodo in cui hanno contato le sfere fluorescenti invece di misurare l'intensità della luce.
Il metodo consiste nell'aggiungere acqua a un'estremità di un chip microfluidico di carta e perle di polistirene fluorescente all'altra estremità.
Ciascuna di queste minuscole sfere è attaccata a un anticorpo che combatte il virus. Se il norovirus è presente nell'acqua, diversi anticorpi lo attaccano, attaccandosi alla particella del virus e creando un ammasso fluorescente.
"Le particelle di norovirus sono troppo piccole per essere rilevate da un microscopio per smartphone, così come gli anticorpi", spiega Yoon. "Ma quando hai due o tre o più di queste perle unite insieme, ciò indica che il norovirus è lì, causando l'aggregazione delle perle."
I ciuffi di perline sono abbastanza grandi da consentire a uno smartphone di raccoglierli e fotografarli. I ricercatori hanno anche creato un'app per smartphone che conta le particelle di norovirus nel campione.
"Non devi essere uno scienziato o un ingegnere per eseguire il dispositivo", afferma Yoon. "L'analisi verrà eseguita automaticamente dall'app per smartphone, quindi tutto ciò di cui devi preoccuparti è caricare un campione di acqua sul chip."
Il dispositivo è anche economico, con il suo componente più costoso che costa meno di $ 50.
"I progressi nel monitoraggio rapido dei virus umani nell'acqua sono essenziali per proteggere la salute pubblica", afferma Reynolds.
"Questa tecnologia di monitoraggio della qualità dell'acqua rapida ea basso costo potrebbe essere uno strumento di trasformazione per ridurre i carichi di malattie sia locali che globali".
Kelly A. Reynolds
