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Nanoparticules Activer nouveau dispositif pour détecter des maladies infectieuses plus rapide

Published on August 24, 2010 at 3:15 AM

Recherche en bioingénierie ASU produit de conception pour un nouveau périphérique pour aider à détecter les maladies plus rapidement et à moindre coût.

Arizona State University chercheurs ont démontré une façon de simplifier considérablement les patients dépistage des maladies infectieuses et des niveaux de protéines malsain.

L'instrumentation d'essai développé par Antonia Garcia et John Schneider promet de rendre la procédure moins coûteuse et produire des résultats en moins de temps.

Sur la photo, une goutte de sang sur un prototype d'un dispositif de diagnostic développée par les chercheurs ASU. Il fonctionne en braquant une lumière proche infrarouge à diode électroluminescente (LED) sur une goutte de sang total assis sur une surface hydrofuge. La forme de la goutte se concentre la lumière en un faisceau intense mesurée par une seconde LED.

Test actuel est lent et coûteux en raison des complications de travailler avec du sang, salive, urine et autres liquides biologiques, a déclaré Garcia, professeur à l'École des sciences biologiques et les systèmes de santé Ingénierie, une des écoles ASU Ira A. Fulton de génie.

Ces échantillons »sont des mélanges complexes qui nécessitent des instruments sophistiqués capables de mélanger un échantillon avec des anticorps ou d'autres réactifs biologiques pour produire une réaction précise positifs ou négatifs," a déclaré Garcia.

Lui et Schneider, un étudiant chercheur en bioingénierie diplômés, ont mis au point une méthode d'essai qui permet à l'échantillon du patient lui-même pour agir de concert avec un rudimentaire, dispositif d'essai à faible coût.

La méthode utilise commune des diodes électroluminescentes (DEL) et des amplificateurs microeletronic simples plutôt que des lasers plus technologiquement intensives et coûteuses, et la robotique.

Fluides et lumière travailler ensemble

Garcia et Schneider ont montré que les surfaces superhydrophobe peuvent façonner le sang, salive, urine et autres fluides en gouttes rondes. Les gouttes peuvent se concentrer la lumière et mélanger rapidement et déplacer des microparticules et nanopartices qui peuvent être examinés pour révéler un agent infectieux spécifique ou des protéines.

Superhydrophobicité est une propriété des matériaux qui repoussent l'eau, tels que plumes des canards ou des feuilles de la plante de lotus. Ces matériaux sont utilisés commercialement dans le textile, matériaux de construction et revêtements de surface.

Le nouveau dispositif fonctionne en plaçant une goutte de nanoparticules ou de microparticules sur le dessus d'une goutte d'un échantillon de fluide du patient sur une surface superhydrophobe. La surface a une petite dépression qui détient l'échantillon liquide à la place de sorte qu'il forme une goutte sphérique.

La baisse agit comme une lentille à cause de la tension de surface. Une LED est brillé sur la goutte et la forme de goutte se concentre la lumière en un faisceau intense mesurée par une seconde LED.

Parce que la chute est lente évaporation, explique Garcia, nanoparticules ou microparticules rapidement commencer à se serrer les coudes lorsque l'échantillon de fluide du patient contenant l'agent infectieux ou de protéines ciblées. L'agent infectieux ou protéine migre vers le centre de la goutte, laissant les particules qui n'ont pas encore collés ensemble pour passer à la surface.

Cela conduit à l'action d'auto-mélange qui accélère le processus de diagnostic de telle sorte que la détection peut se produire dans moins de deux minutes, dit-il.

Mesure de la santé globale

Parce que l'échantillon de fluide s'intègre avec les LED simple et la microélectronique, les chercheurs appellent la conception du nouveau dispositif Integrascope.

Garcia et Schneider ont construit plusieurs prototypes de laboratoire basés sur la conception et ont démontré comment le dispositif peut être utilisé pour mesurer la protéine C réactive dans le sérum humain, qui est un indicateur d'une variété de conditions inflammatoires lorsque la protéine est présente à des niveaux élevés.

Des niveaux élevés de protéine peut indiquer dommages cellulaires et tissulaires, l'inflammation, la perturbation de la fonction rénale, ou un système immunitaire qui est le pompage anticorps due à une infection ou une maladie auto-immune. Taux de protéines faibles peuvent indiquer la malnutrition ou la présence de maladies qui empêchent le corps de produire suffisamment de protéines dans le sang.

L'appareil peut également être utilisé pour fournir une indication de la santé globale par la mesure des protéines totales dans le sérum humain, la salive et l'urine.

Potentiel impact global

Développement du dispositif a été déclenché au cours d'études de Schneider pour son doctorat, comme il a expérimenté avec une brillante LED sur une goutte de liquide posée sur une surface superhydrophobe. Il essayait de voir s'il pouvait détecter des changements dans la transmission de la lumière qui pourrait dire si une protéine a été présent dans le liquide.

"A notre grande surprise," a déclaré Garcia, «nous avons rapidement réalisé que son set-up de laboratoire généré un faisceau de lumière très forte qui pourrait être facilement mesurée à l'aide d'un détecteur de lumière en fibre optique que nous avions dans le laboratoire."

Les résultats de recherche ont été affichés sur le site Web de Nature Precedings. Le rapport décrit comment le nouveau dispositif qui fonctionne et donne des détails sur les informations du test de diagnostic fournit au sein des premières minutes de son utilisation.

Des solutions peu coûteuses

Le plus commun appareils à faible coût sur le marché aujourd'hui sont à flux latéral immunoessais similaires dans le regard et la fonction du test de grossesse précoce.

La principale pierre d'achoppement dans la prise de faible coût des appareils de diagnostic pour de nombreuses affections et des maladies, c'est que la sensibilité est compromise pour la spécificité de ces tests immunologiques à flux latéral.

Une stratégie différente de miniaturiser les instruments complexes souffre de la difficulté de réduire le coût de ce que la plupart des gens seraient en mesure de payer - environ $ 1 à $ 2 dollars par test - ainsi que la nécessité de pièces de rechange et un traitement spécial.

"Pour avoir un impact mondial, nous avons besoin de disposer d'outils précis et sensible qui peut aider les fournisseurs de soins de santé de traiter les patients à faible coût au cours de leur première visite", a déclaré Schneider.

«Notre objectif est de traduire cette technologie et de design dans un appareil robuste et facile à utiliser que nous donnent gratuitement dans les dispensaires. Les seuls coûts liés à l'utilisation du Integrascope serait dans la chute de particules et un petit morceau d'une surface superhydrophobe - environ $ 1 à $ 2 dollars ", a déclaré Garcia.

La collaboration internationale

Avec la propagation répétée et plus fréquente des maladies infectieuses dans le monde entier, il devient plus essentiel d'avoir de bons systèmes de diagnostic dans les pays pauvres afin traitement approprié peut être fourni rapidement - et pour qu'il y est un groupe mondial d'alerte précoce afin d'alerter le public si nouveaux foyers de maladie et significatifs émergent, a déclaré Garcia.

Pour aider à accomplir cela, Garcia et Schneider font équipe avec des experts en nanotechnologie Vladimiro Mujica et Manuel Marquez.

Ils espèrent établir des collaborations avec des universités latino-américaines, les dirigeants gouvernementaux et les entrepreneurs à développer le nouvel appareil de diagnostic.

«Nous pensons qu'une conjointe américano-latine efforts Amérique du développement de la technologie va susciter une activité économique qui profitera aux deux régions et de prévenir les flambées de maladies et de troubles sociaux dans notre partie du monde", a déclaré Mujica, professeur au Département de chimie et biochimie à l'ASU College of Liberal Arts & Sciences.

Marquez, un entrepreneur et membre auxiliaire du corps professoral à la School of Biological Systems Engineering et de la Santé, est président et chef de la recherche de l'YNANO entreprise. L'entreprise se spécialise dans les gouttelettes nanoingénierie pour des applications biomédicales, notamment pour le diagnostic des maladies Integrascope.

«Je suis excité par le potentiel de cet appareil, et que les étudiants peuvent être directement engagés dans le processus de recherche et développement", a déclaré Marquez. «J'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière pour permettre aux ingénieurs et scientifiques à appliquer rapidement les découvertes fondamentales à résoudre les problèmes réels."

Source: http://www.asu.edu/

Last Update: 4. October 2011 17:58

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