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微型设备可检测细菌及病毒

2020-05-11 02:06:02  

工程研究人员开发了下一代微型实验室设备,该设备使用磁性纳米珠分离出引起疾病的微小细菌颗粒。使用这项新技术改善了临床医生如何分离细菌感染的耐药菌株和难以检测的微粒,例如构成埃博拉和冠状病毒的微粒。

罗彻斯特理工学院凯特·格里森工程学院的两位研究员Ke Du和Blanca Lapizco-Encinas与国际团队合作,共同设计了新系统-一种微流控设备,本质上是一个实验室-芯片。

耐药细菌感染每年在世界范围内造成数十万人死亡,而且这一数字还在不断增加。杜解释说,根据联合国的一份报告,到2050年,由抗生素耐药性引起的死亡每年可能达到1000万。

“我们迫切需要更好地检测,理解和治疗这些疾病。为了提供快速准确的检测,样品的纯化和制备至关重要且至关重要,这就是我们正在努力做出的贡献。我们建议使用这种新型机械工程学助理教授杜说,他是用于病毒分离和检测的设备,例如冠状病毒和埃博拉病毒。他的研究背景是新型生物传感器和基因编辑技术的开发。

该实验室团队对细菌感染(尤其是体液)的检测很感兴趣。检测的主要问题之一是如何更好地分离更高浓度的病原体。

该设备是复杂的实验室环境,可以在野战医院或诊所中使用,并且在收集和分析标本上应比市售的膜滤器更快。它的宽而浅的通道捕获被吸附在堆积的磁性微粒中的小细菌分子。

纳米设备上较深通道的结合,细菌悬浮液的增加流速以及沿着设备通道的磁珠夹杂物的结合在捕获/分离细菌样品的过程中得到了改善。研究人员能够使用基于微粒的基质过滤器成功地从各种液体中分离出细菌。过滤器将颗粒捕获在设备的小空隙中,从而提供了更高浓度的细菌用于分析。诸如此类的小型设备的另一个优点是可以同时测试多个样品。

“我们可以将便携式设备带到已被大肠杆菌污染的湖中。我们将能够采集几毫升的水样,并将其运过我们的设备,从而可以捕获和浓缩细菌。我们可以迅速检测到设备中的这些细菌或将它们释放到某些化学物质中进行分析,” Du说道,他的早期工作集中在使用CRISPR基因编辑技术的设备以及对流体动力学的基本了解。

与在电泳方面具有专业知识的生物医学工程师Lapizco-Encinas进行合作-这种过程使用电流来分离生物分子-他们的合作提高了病原体检测的能力,尤其是细菌和微藻的分离和浓缩。

“我们的目标不仅是分离和检测水和人体血浆中的细菌,而且还需要与全血样本一起了解和检测败血症等血液感染。我们已经为此制定了具体计划。我们的想法是使用一对用于顺序隔离的纳米筛装置。” RIT生物医学工程系副教授Lapizco-Encinas说。

Du和Lapizco-Encinas是一个团队的一部分,该团队由罗格斯大学,阿拉巴马大学,纽约州立大学宾汉顿分校和中国清华-伯克利深圳研究所的机械和生物医学工程师组成,以应对全球疾病大流行的挑战。新数据发表在《ACS Applied Materials and Interfaces》杂志上的文章“通过三维珠粒堆积的纳米装置快速捕获和回收体液”中。

研究团队是RIT工程博士和研究生Chenxinye Chen,Abbi Miller和Qian Qian;阿拉巴马大学电气与计算机工程系助理教授于Gan,本科生曹胜廷;王若谦,罗格斯大学土木与环境工程学助理教授;SUNY Binghamton机械工程助理教授辛勇;秦培武,来自深圳清华大学伯克利分校精密医学与医疗保健中心;西雅图的Carollo Engineers Inc.和张杰。

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