آزمایش‌های خودکار را می‌توان به راحتی در مطب پزشک، کلینیک بهداشتی یا در مکان‌های آزمایش انبوه در فرودگاه‌ها و مدارس در زمان شروع هر بیماری عفونی بزرگ تولید، مستقر و به موقع انجام داد. انگیزه تیم تحقیقاتی UCLA عدم دسترسی عادلانه به آزمایش در ماه‌های اولیه همه‌گیری COVID-19 بود، زمانی که تنها تعداد انگشت شماری از آزمایشگاه‌های بالینی مجاز به انجام آزمایش‌ها بودند. پیشرفت فناوری می تواند به مقامات کمک کند تا با تمرکززدایی از آزمایش ها و حداکثر استفاده از منابع، برای همه گیری های آینده آماده شوند.
استاد دانشکده مهندسی UCLA Samueli، دینو دی کارلو، از مهندسی زیستی و دانشیار سام امامی نژاد، از مهندسی برق و کامپیوتر، مطالعه‌ای را با هم نویسندگی کردند که این هفته در این هفته منتشر شد. طبیعت. این مقاله نحوه عملکرد کیت آزمایشگاهی را تشریح کرد و شامل یافته‌های یک مطالعه بالینی با نمونه‌های آزمایشی از افرادی بود که علائم COVID-19 را تجربه کردند. بیش از 100 نتیجه آزمایش با استفاده از کیت آزمایشگاهی با نمونه های مشابه آزمایش شده برای COVID-19 با استفاده از تشخیص مولکولی مبتنی بر واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) که به عنوان بخشی از مراقبت های بالینی معمول UCLA Health انجام شد، مقایسه شد.
این تحقیق توسط برنامه جایزه تحقیقات COVID-19 بنیاد WM Keck، بنیاد ملی علوم و مرکز تحقیقات مهندسی NSF فناوری‌های پیشرفته و سیستم‌های بهداشتی دقیق برای جمعیت‌های محروم (PATHS-UP) پشتیبانی شد. مرکز تحقیقات نانوالکترونیک UCLA دسترسی به تجهیزات ساخت مورد استفاده برای مطالعه را فراهم کرد. لین، یو، ثابت، دی کارلو و امامی نژاد درخواست ثبت اختراع را از طریق گروه توسعه فناوری UCLA برای فناوری مورد استفاده در سیستم جدید ارائه کرده اند.
لین، اچ.، و همکاران (2022) ازدحام های فروبوتیک، آزمایش ویروسی خودکار قابل دسترس و سازگار را امکان پذیر می کند. طبیعت. doi.org/10.1038/s41586-022-05408-3.
منبع
دانشگاه کالیفرنیا – لس آنجلس
طراحی فشرده این پلتفرم و مدیریت خودکار نمونه‌ها، اجرای آسان آزمایش‌های تلفیقی را امکان‌پذیر می‌سازد که در آن می‌توانید ده‌ها نمونه بیمار را به طور همزمان آزمایش کنید، و همه با همان موادی که در حال حاضر برای آزمایش فقط یک بیمار نیاز است. به عنوان مثال، شما می توانید دانش آموزان را در کل محل اقامت کالج تنها با چند ده کیت تست امتحان کنید.”
محققان UCLA با استفاده از انبوهی از آهنرباهایی به اندازه سر سوزن در کیت آزمایشگاهی دستی و همه کاره، فناوری ابداع کرده اند که می تواند سرعت و حجم آزمایش بیماری را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و در عین حال هزینه ها و استفاده از منابع کمیاب را کاهش دهد.
علاوه بر دی کارلو و امامی نژاد، که هر دو از اعضای هیئت علمی موسسه نانوسیستم های کالیفرنیا در UCLA هستند، نویسندگان اصلی این مطالعه، هایسونگ لین، محقق فوق دکتری UCLA، و دانشجویان فارغ التحصیل Wenzhuo Yu و Kiarash Sabet – هستند. همه اعضای آزمایشگاه بیوالکترونیک بهم پیوسته و یکپارچه امامی نژاد در UCLA هستند.
امامی نژاد که در رشته مهندسی زیستی نیز عضو هیئت علمی است، گفت: «فناوری آزمایشگاه دستی ما می‌تواند به غلبه بر برخی از موانع کمبود و دسترسی به آزمایش‌ها، به ویژه در اوایل همه‌گیری، زمانی که کنترل شیوع بیماری بسیار مهم است، کمک کند». و فراتر از پتانسیل آن برای رسیدگی به مسائل کمبود منابع و تقاضای بالا، می‌توان آن را به طور گسترده برای آزمایش انواع بیماری‌ها به صورت میدانی و با کیفیت آزمایشگاهی سازگار کرد.»
این پلت فرم علاوه بر توانایی آزمایش چندین بیماری به طور همزمان، اتوماسیون دقیق و قوی را نیز ارائه می دهد. به عنوان مثال، در یک آزمایش تلفیقی با 16 نمونه، بیش از 300 عملیات آزمایشگاهی، از جمله مخلوط کردن و مرتب‌سازی، توسط فروربات‌ها به صورت خودکار انجام شد. که بیش از 3000 حرکت یا تحرک فردی است. در مطالعات قابلیت اطمینان خود، محققان نشان دادند که فروربات ها می توانند بیش از 8 میلیون حرکت را بدون اشتباه انجام دهند.
مرجع مجله:
منبع:
با طراحی کیت برای آزمایش تلفیقی، سیستم به مقادیر بسیار کمتری از مواد شیمیایی معرف نسبت به موارد مورد نیاز برای آزمایش نمونه ها به صورت جداگانه نیاز دارد. حداکثر 16 نمونه در یک مطالعه تیمی ترکیب و آزمایش شدند. اگر آزمایش تلفیقی یک نتیجه مثبت را نشان می داد، آزمایش های بعدی به طور خودکار در همان پلت فرم انجام می شود تا زمانی که نمونه های مثبت واقعی شناسایی شوند. کل این فرآیند بین 30 تا 60 دقیقه طول کشید، بسته به اینکه آیا نمونه های مثبت وجود داشت یا خیر. به لطف کوچک‌سازی و قابلیت‌های آزمایش تلفیقی این فناوری، هزینه‌های معرف شیمیایی را می‌توان 10 تا 300 برابر کاهش داد.
سایر نویسندگان، دانشجویان فارغ التحصیل مهندسی UCLA، مایکل بوگومیل، ژاکوب هامبالک و شویو لین هستند. و محقق فوق دکتری ییچائو ژائو. همچنین سوکانتا چاندراسکاران، دستیار بالینی دانشگاه UCLA Health و اومای گارنر، استادیار بالینی پاتولوژی و پزشکی آزمایشگاهی.
دینو دی کارلو، کرسی آرموند و النا هایراپتیان UCLA در مهندسی و پزشکی
کیت آزمایشگاهی فوق حساس محققان با استفاده از یک برد مدار که مجموعه ای از دیسک های مغناطیسی متحرک به اندازه 1 میلی متر معروف به “فروبوت” را برای انتقال نمونه ها از طریق جریان کار تشخیصی آزمایش تقویت اسید نوکلئیک (NAAT) کنترل می کند. برای تشخیص وجود مواد ژنتیکی از یک ویروس – در این مورد، SARS-CoV-2 که باعث COVID-19 می شود. مراحل جداسازی، مرتب‌سازی، مخلوط کردن و تقویت نمونه‌های آزمایشی همگی خودکار هستند و در یک سطح کوچک در داخل کیت انجام می‌شوند.