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Nanoparticelle Abilita nuovo dispositivo per rilevare le malattie infettive più veloce

Published on August 24, 2010 at 3:15 AM

Ricerca bioingegneria ASU produce design per nuovo dispositivo per rilevare le malattie in modo rapido ed a costi inferiori.

Arizona State University i ricercatori hanno dimostrato un modo di semplificare drasticamente i pazienti di test per le malattie infettive e livelli di proteina malsana.

Strumentazione di test sviluppato da Antonia Garcia e John Schneider promette di rendere la procedura meno costosa e produrre risultati in meno tempo.

Nella foto è una goccia di sangue su un prototipo di un dispositivo diagnostico sviluppato dai ricercatori ASU. Funziona proiezione di un vicino infrarosso Light-Emitting Diode (LED) su una goccia di sangue intero seduto su una superficie idrorepellente. La forma della goccia si concentra la luce in un intenso fascio misurata da un secondo LED.

Attuale testing è lento e costoso a causa delle complicazioni di lavorare con sangue, saliva, urine e altri liquidi biologici, ha detto Garcia, professore presso la Scuola di biologici e sanitari Ingegneria dei Sistemi, una delle ASU Ira A. Fulton Scuole di Ingegneria.

Tali campioni "sono miscele complesse che richiedono strumenti sofisticati in grado di mescolare un campione con anticorpi o altri reagenti biologici per provocare una reazione precisa positiva o negativa", ha detto Garcia.

Lui e Schneider, un laureato ricercatore bioingegneria studente, hanno escogitato un metodo di prova che consente al campione del paziente stesso ad agire in concerto con un rudimentale, a basso costo dispositivo di prova.

Il metodo utilizza comuni diodi emettitori di luce (LED) e amplificatori microeletronic semplice, piuttosto che i laser più tecnologicamente intensive e costose e robotica.

Fluidi e leggeri che lavorano insieme

Garcia e Schneider hanno dimostrato che le superfici superhydrophobic può plasmare sangue, saliva, urine e altri liquidi in gocce rotonde. Le gocce può mettere a fuoco la luce e mescolare rapidamente e spostare microparticelle e nanopartices che possono essere esaminate per rivelare uno specifico agente infettivo o proteine.

Superhydrophobicity è una proprietà dei materiali che respingono l'acqua, come la piuma anatre 'o foglie della pianta di loto. Tali materiali vengono utilizzati commercialmente nel settore tessile, materiali da costruzione e rivestimenti di superficie.

Il nuovo dispositivo funziona mettendo una goccia di nanoparticelle o microparticelle sulla cima di una goccia di un campione di fluido paziente su una superficie superhydrophobic. La superficie ha una piccola depressione che contiene il campione di liquido posto in modo da formare una goccia sferica.

Il calo si comporta come una lente a causa della tensione superficiale. Un LED è brillato sulla caduta e la forma a goccia si concentra la luce in un intenso fascio misurata da un secondo LED.

Perché il calo si sta lentamente evaporando, spiega Garcia, nanoparticelle o microparticelle rapidamente iniziare a stare insieme quando il campione di fluido paziente contiene l'agente infettivo o di proteine ​​di mira. L'agente infettivo o proteina migra verso il centro della goccia, lasciando le particelle che non sono ancora incollati a muoversi verso la superficie.

Questo porta alla auto-miscelazione azione che accelera il processo diagnostico in modo che il rilevamento possono verificarsi in meno di due minuti, ha detto.

Misurare la salute globale

Perché il campione di fluido si integra con i LED semplice e microelettronica, i ricercatori chiamano il design del nuovo dispositivo Integrascope.

Garcia e Schneider hanno costruito diversi prototipi di dispositivi laboratorio basato sulla progettazione e hanno dimostrato come il dispositivo può essere utilizzato per misurare la proteina C reattiva nel siero umano, che è un indicatore di una varietà di condizioni infiammatorie, quando la proteina è presente ad alti livelli.

Alti livelli di proteina in grado di indicare cellulare e danni ai tessuti, infiammazioni, disturbi della funzione renale, o un sistema immunitario che sta pompando fuori gli anticorpi a causa di una infezione o malattia autoimmune. Bassi livelli delle proteine ​​in grado di indicare la malnutrizione o la presenza di malattie che impediscono al corpo di produrre le proteine ​​sufficienti di sangue.

Il dispositivo può anche essere utilizzato per fornire un indicatore della salute complessiva attraverso la misurazione delle proteine ​​totali nel siero umano, saliva e urine.

Potenziale impatto globale

Lo sviluppo del dispositivo è stato innescato durante gli studi di Schneider per il suo diploma di dottorato, come ha sperimentato con un LED luminoso su una goccia di liquido appoggiata su una superficie superhydrophobic. Stava cercando di vedere se riusciva a rilevare i cambiamenti nella trasmissione della luce che dire se una proteina era presente nel liquido.

"Con nostra sorpresa", ha detto Garcia, "abbiamo capito subito che il suo set-up di laboratorio generato un fascio di luce molto forte che potrebbero essere facilmente misurata utilizzando una fibra ottica rilevatore di luce che avevamo in laboratorio."

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sul sito Natura Precedings. Il rapporto descrive come il nuovo dispositivo funziona e fornisce i dettagli delle informazioni del test diagnostico fornisce entro i primi minuti del suo utilizzo.

Soluzioni a basso costo

I più comuni dispositivi a basso costo sul mercato ora sono a flusso laterale immunologici simili nel look e funzionalità per il test di gravidanza precoce.

L'ostacolo maggiore nel rendere dispositivi diagnostici a basso costo per molte condizioni e malattie è che la sensibilità è compromessa per la specificità di questi test immunologici a flusso laterale.

Una strategia diversa di miniaturizzare strumenti complessi soffre della difficoltà di ridurre i costi a quanto si sarebbe in grado di permettersi - circa $ 1 a $ 2 dollari per test - così come la necessità di parti di ricambio e un trattamento speciale.

"Per avere un impatto globale, abbiamo bisogno di disporre di strumenti precisi e sensibili che possono aiutare gli operatori sanitari nel trattamento di pazienti a basso costo durante la loro prima visita", ha detto Schneider.

"Il nostro obiettivo è quello di tradurre questa tecnologia e design in un dispositivo robusto e facile da usare che ci avrebbe dato via libera alle cliniche. Le uniche spese coinvolto con l'utilizzo del Integrascope sarebbe in calo di particelle e un piccolo pezzo di una superficie superhydrophobic - circa $ 1 a $ 2 dollari ", ha detto Garcia.

La collaborazione internazionale

Con la diffusione ripetute e più frequente delle malattie infettive in tutto il mondo, sta diventando sempre più critica per avere una buona sistemi diagnostici nei paesi poveri in modo corretto trattamento può essere fornito rapidamente - e in modo che vi è un globale sistema di allarme precoce per avvisare il pubblico, se nuovi focolai della malattia e significative emergono, ha detto Garcia.

Per aiutare a raggiungere questo obiettivo, Garcia e Schneider stanno collaborando con esperti di nanotecnologie Vladimiro Mujica e Manuel Marquez.

Essi sperano di stabilire collaborazioni con università latino-americani, capi di governo e gli imprenditori a sviluppare il nuovo dispositivo diagnostico.

"Noi crediamo che una congiunta USA-Latina sforzi tecnologici l'America sviluppo sarà scintilla attività economiche di cui beneficeranno entrambe le regioni e prevenire le epidemie di malattie e disagio sociale nella nostra parte del mondo", ha detto Mujica, un professore del Dipartimento di Chimica e Biochimica in ASU College of Liberal Arts & Sciences.

Marquez, un imprenditore e membro professore aggiunto presso la Scuola di Sanità biologica e ingegneria dei sistemi, è presidente e leader di ricerca del YNANO società. L'azienda è specializzata in gocce-nanoingegneria per applicazioni biomediche, tra cui Integrascope per la diagnosi della malattia.

"Sono entusiasta delle potenzialità di questo dispositivo, e che gli studenti possono essere direttamente coinvolti nel processo di ricerca e sviluppo", ha detto Marquez. "Ho dedicato più di un decennio della mia carriera di ingegneri e scienziati che permette di applicare rapidamente le loro scoperte fondamentali per risolvere i problemi della vita reale."

Fonte: http://www.asu.edu/

Last Update: 3. October 2011 12:46

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