Kesehatan Sains & Teknologi

Menggunakan Smartphone untuk Mendeteksi Virus yang Sangat Menular

Perangkat baru menggunakan smartphone dan kertas chip mikrofluida untuk mendeteksi tingkat norovirus yang sangat rendah.

Norovirus adalah virus yang sangat menular yang bertanggung jawab untuk sekitar 19-21 juta kasus gastroenteritis akut tahunan di Amerika Serikat.

Faktanya, norovirus adalah “penyebab utama penyakit bawaan makanan” di AS.

Norovirus juga bertanggung jawab atas 1,9 juta kunjungan ke rumah sakit dan 400.000 kunjungan ke unit gawat darurat. Ini menghabiskan biaya sekitar US $ 2 miliar untuk perawatan kesehatan dan hilangnya produktivitas kerja.

Virus ini dapat menular pada tingkat yang sangat rendah, dengan hanya 10 partikel virus yang cukup untuk menyebabkan infeksi.

Jadi, para peneliti dari University of Arizona (UA) di Tucson berangkat untuk menciptakan cara yang efisien untuk mendeteksi bahkan tingkat terkecil dari virus.

Tiga peneliti turut memimpin proyek ini: Jeong-Yeol Yoon, dari Departemen Teknik Biomedis di UA; Soo Chung, seorang peneliti doktoral di laboratorium Yoon; dan Kelly A. Reynolds, ketua Departemen Komunitas, Lingkungan, dan Kebijakan di Kolese Kesehatan Publik Mel & Enid Zuckerman di UA.

Yoon mempresentasikan penelitian di American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition di San Diego, CA, dan makalah ini sekarang muncul di jurnal ACS Omega .

Cara kerja perangkat murah dan cepat

Virus ini dapat menyebar dengan sangat cepat melalui air. Perangkat yang ada untuk mendeteksi norovirus memerlukan laboratorium dan berbagai mikroskop, laser, dan spektrometer yang mahal . Ini adalah instrumen yang mengukur jenis radiasi dan panjang gelombang.

Dengan metode baru, para peneliti menggunakan bahan-bahan sederhana termasuk kertas dan smartphone. Chung menjelaskan bagaimana kertas dapat diubah menjadi chip mikrofluida.

Ilustrasi skematis uji norovirus pada μPAD menggunakan mikroskop fluoresensi berbasis smartphone. (a) Solusi Norovirus (5 μL) ditambahkan langsung ke saluran utama μPAD (terbuat dari nitroselulosa), diikuti oleh 2 μL suspensi partikel anti-norovirus (0,001% b / v).
Solusi menyebar ke seluruh saluran melalui aksi kapiler, yang dicitrakan oleh mikroskop fluoresensi berbasis smartphone. (B) Biru LED (480 nm) menyinari μPAD dari samping. Ponsel cerdas dengan lampiran mikroskop dan filter bandpass (525 ± 20 nm; hijau)
emisi) menangkap gambar fluoresens PAD (foto milik: Soo Chung dan Sean Perea; hak cipta 2019).

“Media kertas sangat murah dan mudah disimpan, dan kita dapat membuat chip ini dengan mudah,” katanya. “Struktur kertas yang berserat juga memungkinkan cairan mengalir secara spontan tanpa menggunakan sistem pompa yang dibutuhkan chip lain, seperti chip silikon.

Biasanya, para ilmuwan mengukur bagaimana cahaya memantulkan dalam sampel menggunakan analisis spektrometri. Namun, aspek kertas yang tidak homogen (berpori), bersama dengan opacity optisnya, dapat menghasilkan “pencar latar belakang dan refleksi.”

Untuk mengatasi kendala ini, para peneliti mengembangkan metode di mana mereka menghitung manik-manik neon bukannya mengukur intensitas cahaya.

Metode ini terdiri dari menambahkan air ke satu ujung chip mikrofluida kertas dan manik-manik yang terbuat dari polystyrene neon ke ujung lainnya.

Masing-masing manik-manik kecil ini melekat pada antibodi yang melawan virus. Jika norovirus ada di dalam air, beberapa antibodi terus menyerang, menempelkan diri pada partikel virus dan menciptakan rumpun fluoresens.

“Partikel-partikel norovirus terlalu kecil untuk dicitrakan oleh mikroskop smartphone, dan begitu pula antibodi,” jelas Yoon. “Tetapi ketika kamu memiliki dua atau tiga atau lebih manik-manik ini bergabung bersama, itu menunjukkan bahwa norovirus ada di sana, menyebabkan manik-manik berkumpul.”

Tes spesifisitas. Tiga konsentrasi berbeda dari virus Zika dan norovirus diuji dengan partikel yang terkonjugasi anti-norovirus. Benchtop uji mikroskop dan analisis ImageJ digunakan. (foto milik: Soo Chung dan Sean Perea; hak cipta 2019).

Rumpun manik-manik cukup besar untuk sebuah smartphone untuk mengambil dan memotretnya. Para peneliti juga membuat aplikasi smartphone yang menghitung partikel norovirus dalam sampel.

“Anda tidak harus menjadi ilmuwan atau insinyur untuk menjalankan perangkat,” kata Yoon. “Analisis akan dilakukan secara otomatis oleh aplikasi ponsel cerdas, jadi yang perlu Anda khawatirkan adalah memasukkan sampel air ke dalam chip.”

Perangkat ini juga murah, dengan komponen yang paling mahal harganya kurang dari $ 50.

“Kemajuan dalam pemantauan cepat virus manusia dalam air sangat penting untuk melindungi kesehatan masyarakat,” kata Reynolds.

“Teknologi pemantauan kualitas air yang cepat dan murah ini bisa menjadi alat transformasi untuk mengurangi beban penyakit lokal dan global.”

Kelly A. Reynolds