Исследователи-разработчики разработали миниатюрное лабораторное устройство нового поколения, которое использует магнитные нано-шарики для выделения мельчайших бактериальных частиц, вызывающих заболевания. Использование этой новой технологии улучшает выделение лекарственно-устойчивых штаммов бактериальных инфекций и трудно обнаруживаемые микрочастицы, из которых состоят Эбола и коронавирусы.
[penci_related_posts title=»Вам также может быть интересно» number=»4″ style=»list» align=»none» displayby=»cat» orderby=»random»]
Ке Ду и Бланка Лапизко-Энсинас, преподаватели-исследователи в Техническом колледже Кейт Глисон при Рочестерском технологическом институте, работали с международной командой над разработкой новой системы — микрофлюидного устройства.
Устойчивые к лекарственным средствам бактериальные инфекции вызывают сотни тысяч смертей во всем мире каждый год и это число постоянно увеличивается. Согласно отчету ООН к 2050 году смертность, вызванная устойчивостью к антибиотикам может достигнуть 10 миллионов в год, пояснил Ду.
«Нам крайне важно лучше выявлять, понимать и лечить эти заболевания. Для обеспечения быстрого и точного обнаружения, очистка и подготовка образцов являются критически важными, именно это мы и предлагаем». «Устройство для выделения и обнаружения вирусов, таких как коронавирус и лихорадка Эбола», — сказал Ду, доцент кафедры машиностроения. Коллектив лаборатории заинтересован в обнаружении бактериальной инфекции, особенно в жидкостях организма. Одна из основных проблем для обнаружения заключается в том, как лучше изолировать более высокие концентрации патогенных микроорганизмов.
Устройство представляет собой сложную лабораторную среду, которая может быть использована в полевых больницах или клиниках и должна намного быстрее собирать и анализировать образцы, чем имеющиеся в продаже мембранные фильтры. Его каналы захватывают мелкие молекулы бактерий, которые притягиваются к упакованным магнитным микрочастицам.
Эта комбинация более глубоких каналов на наноустройстве, увеличенная скорость потока жидкостей, в которых находятся бактерии и включение магнитных шариков вдоль каналов устройства улучшает процесс захвата / изоляции бактериальных образцов. Исследователи смогли успешно изолировать бактерии от различных жидкостей с помощью матричного фильтра на основе микрочастиц. Фильтр улавливает частицы в небольших пустотах в устройстве, обеспечивая большую концентрацию бактерий для анализа. Дополнительное преимущество меньшего устройства, такого как это, позволяет одновременно тестировать несколько образцов.
«Мы можем принести это портативное устройство в озеро, которое было заражено кишечной палочкой. Мы сможем взять несколько миллилитров пробы воды и пропустить ее через наше устройство, чтобы бактерии могли быть захвачены и сконцентрированы. Мы можем либо быстро обнаруживать эти бактерии в устройстве или выделять их в определенные химические вещества для их анализа », — сказал Ду, чья ранняя работа была сосредоточена на устройствах, использующих технологию редактирования генов CRISPR и фундаментальное понимание динамики жидкости.
Сотрудничество с Lapizco-Encinas, биомедицинским инженером с опытом работы в области диэлектрофореза — процесса, в котором электрический ток используется для разделения биомолекул, — благодаря их совместному сотрудничеству возросла способность к лучшему обнаружению патогенных микроорганизмов, особенно для выделения и концентрации бактерий и микроводорослей.
«Наша цель — не только изолировать и обнаруживать бактерии в воде и плазме человека, но и работать с образцами цельной крови, чтобы понять и обнаружить заражение крови, такое как сепсис. У нас уже есть конкретный план для этого. Идея состоит в том, чтобы использовать пару нано-ситовые устройства для последовательной изоляции », — сказал Лапизко-Энсинас, доцент кафедры биомедицинской инженерии RIT.
Du и Lapizco-Encinas были частью команды, состоящей из инженеров-механиков и биомедицинских специалистов из Rutgers, Университета Алабамы, SUNY Binghamton и Института Цинхуа-Беркли в Шэньчжэне в Китае, для решения глобальных проблем пандемии болезней. Новые данные опубликованы в статье «Быстрое улавливание и извлечение кишечной палочки для биологических жидкостей с помощью трехмерного нано-устройства, сложенного в бусины», в журнале ACS Applied Materials and Interfaces .
Исследовательская группа — это докторантура и аспиранты RIT Xinye Chen, Abbi Miller и Qian He; Университет штата Алабама доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Ю. Ган и студент бакалавриата Шэнтин Цао; Руо-Цянь Ван, доцент кафедры гражданского и экологического инжиниринга Университета Рутгерс; Синь Юн, доцент кафедры машиностроения из SUNY Binghamton; Пейу Цинь из Центра точной медицины и здравоохранения, Институт Цинхуа-Беркли, Шэньчжэнь, Китай; и Цзе Чжан, Carollo Engineers Inc. в Сиэтле.
Источник:
Рочестерский технологический институт
Фото: Shutterstock