Thiết bị siêu nhỏ giúp phát hiện vi khuẩn, virus

Các nhà nghiên cứu kỹ thuật đã phát triển một thiết bị “phòng thí nghiệm” chip thu nhỏ thế hệ tiếp theo sử dụng hạt nano từ tính để phân lập các hạt vi khuẩn phút gây bệnh. Sử dụng công nghệ mới này giúp cải thiện cách thức các bác sĩ lâm sàng phân lập các chủng vi khuẩn kháng thuốc và các hạt vi mô khó phát hiện như các vi khuẩn Ebola và Coronavirus.

Ke Du và Blanca Lapizco-Encinas, cả hai nhà nghiên cứu khoa tại Đại học Kỹ thuật Kate Glory của Học viện Công nghệ Rochester đã làm việc với một nhóm quốc tế để hợp tác thiết kế hệ thống mới – một thiết bị vi lỏng, về cơ bản như là một phòng thí nghiệm -Chip.

Nhiễm vi khuẩn kháng thuốc đang gây ra hàng trăm ngàn ca tử vong trên toàn thế giới mỗi năm và con số này đang tiếp tục gia tăng. Dựa trên một báo cáo từ Liên Hợp Quốc, những cái chết do kháng kháng sinh có thể lên tới 10 triệu mỗi năm vào năm 2050.

Ke Du, một giáo sư trợ lý về kỹ thuật cơ khí có nền tảng phát triển các công nghệ sinh học mới và công nghệ chỉnh sửa gen giải thích: “Điều cấp bách đối với chúng tôi là phát hiện, hiểu và điều trị tốt hơn các bệnh này. Để cung cấp phát hiện nhanh chóng và chính xác, việc tinh chế và chuẩn bị mẫu là rất quan trọng và cần thiết, đó là những gì chúng tôi đang cố gắng đóng góp. Chúng tôi đang đề xuất sử dụng Chip này như một thiết bị phân lập và phát hiện virus giống Coronavirus và Ebola “.

Nhóm phòng thí nghiệm quan tâm đến việc phát hiện nhiễm trùng vi khuẩn, đặc biệt là trong dịch cơ thể. Một trong những vấn đề chính để phát hiện là làm thế nào để phân lập tốt hơn nồng độ mầm bệnh cao hơn.

Thiết bị này là một môi trường phòng thí nghiệm tinh vi có thể được sử dụng trong các bệnh viện hoặc phòng khám hiện trường và sẽ nhanh hơn nhiều trong việc thu thập cũng như phân tích mẫu vật so với các bộ lọc màng thương mại. Các kênh rộng, nông của nó bẫy các phân tử vi khuẩn nhỏ bị thu hút bởi các vi hạt từ tính đã được lập trình.

Sự kết hợp giữa các kênh sâu hơn trên thiết bị nano giúp tăng tốc độ dòng chất lỏng nơi vi khuẩn lơ lửng và bao gồm các hạt từ tính dọc theo các kênh của thiết bị sẽ cải thiện quá trình thu giữ / phân lập mẫu vi khuẩn. Các nhà nghiên cứu đã có thể phân lập thành công vi khuẩn từ các chất lỏng khác nhau bằng bộ lọc ma trận dựa trên vi hạt. Bộ lọc giữ các hạt trong các lỗ rỗng nhỏ trong thiết bị, cung cấp nồng độ vi khuẩn lớn hơn để phân tích. Một lợi thế bổ sung của một thiết bị nhỏ hơn như điều này cho phép thử nghiệm nhiều mẫu cùng một lúc.

Nhóm nghiên cứu có thể mang thiết bị cầm tay này đến một hồ nước đã bị nhiễm E. coli. Họ sẽ có thể lấy một vài ml mẫu nước và chạy qua thiết bị của mình để vi khuẩn có thể bị mắc kẹt và cô đặc. Du nhanh chóng phát hiện các vi khuẩn này trong thiết bị hoặc giải phóng chúng thành một số hóa chất để phân tích chúng. Du trước đó cũng đã tập trung vào các thiết bị sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR và hiểu biết cơ bản về động lực học chất lỏng.

Hợp tác với Lapizco-Encinas, một kỹ sư y sinh có chuyên môn về điện di – một quá trình sử dụng dòng điện để phân tách các phân tử sinh học – sự hợp tác của họ cung cấp khả năng tăng cường phát hiện mầm bệnh tốt hơn, đặc biệt là phân lập và phân lập vi khuẩn và vi khuẩn.

Lapizco-Encinas, phó giáo sư tại khoa kỹ thuật y sinh của RIT chia sẻ: “Mục tiêu của chúng tôi không chỉ là phân lập và phát hiện vi khuẩn trong nước và huyết tương người, mà còn làm việc với các mẫu máu toàn phần để hiểu và phát hiện nhiễm trùng máu như nhiễm trùng huyết. Chúng tôi đã có một kế hoạch cụ thể cho việc đó. Ý tưởng là sử dụng một cặp các thiết bị sàng nano để cách ly tuần tự “.

Du và Lapizco-Encinas là thành viên của một nhóm bao gồm các kỹ sư cơ khí và y sinh học từ Rutgers, Đại học Alabama, SUNY Binghamton và Viện Tsinghua-Berkeley Thâm Quyến ở Trung Quốc để giải quyết các thách thức toàn cầu về đại dịch bệnh. Dữ liệu mới được công bố trong bài báo “Bẫy và thu hồi nhanh Escherichia coli cho chất lỏng cơ thể thông qua một thiết bị nano xếp chồng ba chiều,” trong tạp chí ACS Ứng dụng Vật liệu và Giao diện .

Nhóm nghiên cứu là tiến sĩ kỹ thuật RIT và nghiên cứu sinh Xinye Chen, Abbi Miller và Qian He; Trợ lý giáo sư đại học Alabama về kỹ thuật điện và máy tính Yu Gan và sinh viên đại học Shengting Cao; Ruo-Qian Wang, trợ lý giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường từ Đại học Rutgers; Xin Yong, trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí từ SUNY Binghamton; Peiwu Qin từ Trung tâm Y tế và Chăm sóc sức khỏe chính xác, Viện Tsinghua-Berkeley Thâm Quyến, Trung Quốc; và Jie Zhang, Carollo Engineers Inc tại Seattle.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Học viện Công nghệ Rochester . Bản gốc được viết bởi Michelle Cometa. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.