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Nanopartículas Habilitar novo dispositivo para detecção de doenças infecciosas mais rápido

Published on August 24, 2010 at 3:15 AM

ASU pesquisa bioengenharia produz design para novo dispositivo para ajudar a detectar doenças de forma rápida e com custos menores.

Pesquisadores do Arizona State University demonstraram uma maneira de simplificar drasticamente pacientes de testes para doenças infecciosas e níveis de proteína insalubre.

Instrumentação de teste novo desenvolvido por Antonia Garcia e John Schneider promete tornar o processo menos custoso e produzir resultados em menos tempo.

Retratado é uma gota de sangue em um protótipo de um dispositivo de diagnóstico desenvolvido por pesquisadores ASU. Ela funciona por um brilhante infravermelho próximo diodo emissor de luz (LED) em uma gota de sangue total sentado em uma superfície de água-repelente. A forma da queda se concentra a luz em um feixe intenso medido por um segundo LED.

Testes atuais é lento e caro por causa das complicações de trabalhar com sangue, saliva, urina e outros fluidos biológicos, disse Garcia, professor na Escola de Ciências Biológicas e Sistemas de Saúde Engenharia, uma das Ira ASU Escolas A. Fulton de Engenharia.

Tais amostras "são misturas complexas que requerem instrumentos sofisticados capazes de misturar uma amostra com anticorpos ou outros reagentes biológicos para produzir uma reação positiva ou negativa precisos", disse Garcia.

Ele e Schneider, um pesquisador bioengenharia estudante de graduação, vêm-se com um método de teste que permite que a amostra do paciente se a agir em conjunto com um dispositivo de teste rudimentar, de baixo custo.

O método utiliza comum diodos emissores de luz (LEDs) e amplificadores microeletronic simples, em vez de lasers tecnologicamente mais intensivo e caro e robótica.

Líquidos e luz trabalhando juntos

Garcia e Schneider demonstraram que superfícies hidrofóbicas podem moldar sangue, saliva, urina e outros líquidos em gotas redondas. As gotas podem focalizar a luz e rapidamente mix e mover micropartículas e nanopartices que podem ser examinados para revelar um agente infeccioso específico ou proteína.

Superhydrophobicity é uma propriedade dos materiais que repelem a água, tais como a pena de patos ", ou folhas da planta de lótus. Esses materiais são usados ​​comercialmente em produtos têxteis, materiais de construção e revestimentos de superfície.

O novo dispositivo opera, colocando uma gota de nanopartículas ou micropartículas no topo de uma gota de uma amostra de fluido do paciente sobre uma superfície hidrofóbicas. A superfície tem uma pequena depressão que contém a amostra de líquido no lugar de modo que ela forme uma gota esférica.

A queda atua como uma lente, devido à tensão superficial. Um LED é brilharam em queda ea forma de gota focaliza a luz em um feixe intenso medido por um segundo LED.

Porque a queda é lenta evaporação, explica Garcia, as nanopartículas ou micropartículas rapidamente começam a ficar juntos quando a amostra de fluido do paciente contém o agente infeccioso ou proteína a ser alvo. O agente infeccioso ou proteína migra para o centro da gota, deixando as partículas que ainda não grudadas para ir para a superfície.

Isso leva à acção de auto-mistura que acelera o processo de diagnóstico, para que a detecção pode ocorrer em menos de dois minutos, disse ele.

Medir a saúde global

Porque a amostra de fluido torna-se integrado com os LEDs simples e microeletrônica, os pesquisadores chamam o projeto do novo dispositivo Integrascope.

Garcia e Schneider construíram dispositivos de vários protótipos de laboratório com base no projeto e demonstraram como o dispositivo pode ser usado para medir C Reativa no soro humano, que é um indicador de uma variedade de condições inflamatórias quando a proteína está presente em níveis elevados.

Altos níveis de proteína pode indicar celular e dano tecidual, inflamação, perturbação da função renal, ou um sistema imunológico que é bombear para fora anticorpos, devido a uma infecção ou doença auto-imune. Os níveis de proteína baixo pode indicar desnutrição ou a presença de doenças que impedem o corpo de produzir proteínas no sangue suficiente.

O dispositivo também pode ser usado para fornecer uma indicação da saúde geral através da medição de proteína total no soro humano, saliva e urina.

Potencial de impacto global

Desenvolvimento do dispositivo foi despertado durante os estudos de Schneider para seu doutorado, como ele experimentou com uma brilhante LED em uma gota de líquido em repouso sobre uma superfície hidrofóbicas. Ele estava tentando ver se ele poderia detectar alterações na transmissão de luz que dizer se foi uma proteína presente no líquido.

"Para nossa surpresa", disse Garcia, "percebemos rapidamente que seu set-up de laboratório gerado um feixe de luz muito forte que poderia ser facilmente medido com um detector de luz de fibra óptica que tínhamos no laboratório."

Os resultados da pesquisa foram publicados no web site Nature Precedings. O relatório descreve como o novo dispositivo funciona e dá detalhes sobre as informações que o teste de diagnóstico fornece dentro dos primeiros minutos de seu uso.

Soluções de baixo custo

Os mais comuns dispositivos de baixo custo no mercado agora são de fluxo lateral imunoensaios similar em aparência e função para o teste de gravidez precoce.

O maior obstáculo para tornar dispositivos de baixo custo de diagnóstico para muitas condições e doenças é que a sensibilidade está comprometida para a especificidade destes imunoensaios de fluxo lateral.

Uma estratégia diferente para miniaturizar instrumentos complexos sofre com a dificuldade em reduzir o custo com o que a maioria das pessoas seria capaz de pagar - cerca de US $ 1 a US $ 2 dólares por teste - bem como a necessidade de peças de reposição e manuseio especial.

"Para ter um impacto global, é preciso ter ferramentas precisas e sensíveis que podem ajudar os prestadores de cuidados de saúde o tratamento de pacientes com um baixo custo durante a sua primeira visita", disse Schneider.

"Nosso objetivo é traduzir essa tecnologia e design em um dispositivo resistente e fácil de usar que daria de graça para as clínicas. Os únicos custos envolvidos com o uso do Integrascope seria a queda de partículas e um pequeno pedaço de uma superfície hidrofóbicas - cerca de US $ 1 a US $ 2 dólares ", disse Garcia.

Colaboração internacional

Com a difusão repetida e mais freqüentes de doenças infecciosas em todo o mundo, está se tornando mais crítico para ter bons sistemas de diagnóstico em países pobres, para o tratamento adequado pode ser fornecida rapidamente - e para que haja um sistema de alerta precoce global para alertar o público se novos surtos da doença e significativa emerge, disse Garcia.

Para ajudar a conseguir isso, Garcia e Schneider estão se unindo com especialistas em nanotecnologia Vladimiro Mujica e Manuel Marquez.

Eles esperam estabelecer colaborações com universidades latino-americanas, líderes do governo e empresários para desenvolver o novo dispositivo de diagnóstico.

"Acreditamos que uma conjunta EUA-América Latina esforço de desenvolvimento de tecnologia irá estimular a atividade econômica que beneficiará ambas as regiões e prevenir surtos de doenças e agitação social em nossa parte do mundo", disse Mujica, um professor do Departamento de Química e Bioquímica em ASU College of Liberal Arts & Sciences.

Marquez, um empresário e membro do corpo docente adjunto na Escola de Ciências Biológicas e Engenharia de Sistemas de Saúde, é o presidente e líder de pesquisa do YNANO empresa. A empresa é especializada em gota nanoengineering para aplicações biomédicas, incluindo Integrascope para o diagnóstico da doença.

"Estou animado com o potencial para este dispositivo, e que os alunos podem estar diretamente envolvidos no processo de pesquisa e desenvolvimento", disse Márquez. "Eu já dedicou mais de uma década da minha carreira para permitir que os engenheiros e cientistas para aplicar rapidamente as suas descobertas básicas para resolver problemas da vida real."

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

Last Update: 3. October 2011 02:17

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