Laser beschleunigen könnten Corona-Virus-Diagnostik
Die häufigste Art von test für das neue coronavirus dauert mehrere Stunden und ist unangenehm; die Proben werden erhalten, indem du mit einem Wattestäbchen in der Nase oder im Rachen.
Ich bin in Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaftlern, einschließlich Yin-Ting Yeh an der Penn State, Elodie Ghedin an der New York University, Shengxi Huang an der Penn State und Sharon X. Huang an der Penn State, auf ein Diagnose-tool, um schnell trap identifizieren und Viren mit einem Laserstrahl und einem Detektor. Das team besteht aus mir, einem Physiker, als auch Virologen, Ingenieure, Chemiker und Daten-Wissenschaftler.
Wie wir die Arbeit machen
Unser Ansatz nutzt eine Technik namens Raman-Spektroskopie zur Identifizierung von Viren durch Leuchten ein Licht auf eine Einweg-Kartusche, die sammelt Proben von oral Wattestäbchen oder eine person, die Blasen durch das Gerät. Sobald eine Probe gesammelt wird, ein Spektrometer misst die interatomaren Schwingungen, die durch das Licht auf die gesammelten Viren. Jedes virus hat seine eigene Unterschrift Schwingungen, die als eine Art optischer Fingerabdruck, der unterscheiden kann, der coronavirus, zum Beispiel, das virus, das verursacht influenza.
Wir erfassen könnten Viren von Patienten Speichel mit einem Wattestäbchen oder durch eine person, die Luft durch ein Gerät, genannt eine mikrofluidische Kartusche. Die Flüssigkeit und Luft übergeben Sie ein array von Kohlenstoff-Nanoröhren, Zylinder-Form Moleküle in verschiedenen Materialien.
Der Durchmesser der nanotubes sind mikroskopisch klein, zwischen 10-60 Nanometer. Weil Sie kleiner sind als Mikroben—Grippe-Viren-Bereich zwischen 90 und 120 Nanometer im Durchmesser und Coronaviren Bereich von 125-150nm Durchmesser—die Erreger sammeln sich an der Kohlenstoff-Nanoröhren. Einmal gefangen, indem Sie durch die Kohlenstoff-Nanoröhren, die Viren können optisch identifiziert, die durch Leuchten einen laser auf die Probe. Das Licht auf den Kohlenstoff-Nanoröhren und Krankheitserreger schafft eine unverwechselbare optische Fingerabdruck, oder „Raman-peaks.“
Nach der laser strahlt auf die Gefangenen Beispiel -, machine-learning-algorithmen identifizieren die Signatur Spektrum des virus, die Ergebnisse aus dem Licht, das prallt der virus-Partikel. Mit Hilfe von machine-learning -, die Identifikation dauert weniger als zwei Minuten mit einer Genauigkeit von bis zu 70% bis 90%, vergleichbar mit state-of-the-art-Mikrobiologie-Techniken.
Warum es wichtig ist
Jetzt stehen die schnellen und genauen Nachweis des neuartigen coronavirus ist von größter Bedeutung. Während die Raman-Spektroskopie hat das Potenzial, enorm hilfreich bei der Identifizierung von diesem virus, die ärzte können dieses Verfahren auch verwenden, um zu testen, für andere Krankheiten, wie Grippe. Durch die Ermittlung der virus leicht, schnell und auf den Punkt Kontakt, der Raman-Spektroskopie konnte deutlich stoppen die Ausbreitung der Krankheit.
Vergleichen Sie dazu unsere aktuellen Methoden der Analyse von Proben; ein Prozess ist relativ langsam, mühsam, arbeitsintensiv und erfordert eine umfangreiche Prüfung im Labor. Frühe und schnelle Erkennung mit diesem neuen Gerät hat das Potenzial, um Hunderte von den tausenden Leben jedes Jahr.
Was für andere Arbeit ist getan
Für die Identifizierung von Viren, bestehenden Technologien bieten relativ empfindliche Detektion. Jedoch nehmen Sie einige Stunden und manchmal Tage, abhängig von der Qualität der Stichprobe erfasst, weil geringe virus-Konzentrationen sind sehr schwer zu verarbeiten und Ergebnisse in der false-negatives.
Leider sind beide immun – und molekular-basierte Methoden wie enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) und die polymerase-Kettenreaktion (PCR), erfordern die Vorherige Kenntnis der Stämme. Eine weitere Technik, bekannt als deep sequencing ist ein weiterer vielversprechender neuer Ansatz, aber die Bereitstellung der notwendigen viralen liest für Sie gut zu funktionieren, hängt von der Qualität der Probe und deren Aufbereitung. Verarbeitung Schritte umfassen die Einbeziehung der verschiedenen bench-Top-Geräte, Reagenzien und technischen know-how. Diese Raman-Technik wurde vor kurzem entwickelt, um die Identifizierung verschiedener Bakterien, so zeigt die Technik ist in der Tat neuartig und brauchbar.
Was kommt als Nächstes
Wir beantragen für die federal funds, zu zeigen, dass diese Technologie funktioniert, für SARS-CoV-2, das virus, die Ursache COVID-19, und dann bauen Sie zuverlässige Prototypen reduziert werden kann, bis zur Massenproduktion und vor-Ort-Einsatz. Wir sind auch im Gespräch mit verschiedenen Herstellern und erkunden Möglichkeiten, sich zu bewegen die Technologie um Euch zu helfen, in der gegenwärtigen Krise.
