हैंडहेल्ड डायग्नोस्टिक प्लेटफॉर्म महामारी से निपटने में मदद कर सकता है

SARS, Zika और Ebola सहित प्रमुख महामारियों और H1N1 और COVID-19 जैसी महामारियों ने पिछले दो दशकों में दुनिया को अपनी चपेट में ले लिया है। जैसे-जैसे संक्रामक रोग का प्रकोप बढ़ती नियमितता के साथ उभरता है, महामारी को रोकने और महामारी को रोकने के लिए वायरल डायग्नोस्टिक और निगरानी परीक्षण क्षमता का विस्तार करने की आवश्यकता उत्तरोत्तर स्पष्ट होती जाती है। शोधकर्ताओं के नेतृत्व में डिनो डी कार्लो और सैम एमिनेजाद कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स से (UCLA) ने अब मिलीमीटर आकार के चुम्बकों ("फेरोबोट्स" कहा जाता है) के झुंड के आधार पर एक हैंडहेल्ड वायरल डायग्नोस्टिक टेस्ट विकसित किया है। लागत कम करने और दुर्लभ आपूर्ति के उपयोग को कम करते हुए तकनीक रोग परीक्षण के प्रवाह को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकती है।

डायग्नोस्टिक लैब किट का वर्णन करना प्रकृति, शोधकर्ताओं ने मल्टीप्लेक्स और पूल्ड वायरल परीक्षण के लिए कार्य सिद्धांत और प्लेटफॉर्म की अनुकूलन क्षमता को रेखांकित किया। वे COVID-19 लक्षणों वाले व्यक्तियों के नमूनों का उपयोग करके नैदानिक ​​​​अध्ययन के परिणामों की भी रिपोर्ट करते हैं। गोल्ड-स्टैंडर्ड रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन-पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (RT-PCR) परख का उपयोग करके COVID-19 के लिए परीक्षण किए गए समान नमूनों के साथ लैब किट का उपयोग करके परीक्षण परिणामों की तुलना करने पर 98% की संवेदनशीलता और 100% की विशिष्टता का पता चला।

आपूर्ति की कमी पर काबू पाना और लागत को कम करना

वायरल डायग्नोस्टिक और सर्विलांस टेस्टिंग के विकल्पों में, न्यूक्लिक एसिड एम्प्लीफिकेशन टेस्ट (एनएएटी) संवेदनशीलता, विशिष्टता और विशिष्ट डायग्नोस्टिक एंटीबॉडी की पूर्व पीढ़ी के बिना तेजी से प्रावधान की क्षमता के मामले में एंटीजन- और एंटीबॉडी-आधारित परीक्षणों पर स्पष्ट लाभ दिखाते हैं। हालाँकि, पिछले NAAT- आधारित परीक्षण प्लेटफ़ॉर्म लचीले वर्कफ़्लोज़ को प्राप्त करने और रोग स्क्रीनिंग दक्षता को अधिकतम करने के लिए आवश्यक एकीकृत तरल हैंडलिंग, विश्लेषण और स्वचालित प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं को करने में असमर्थ थे।

इस कमी को दूर करने के लिए, यूसीएलए के शोधकर्ताओं ने हथेली के आकार के प्रिंटेड सर्किट बोर्ड-आधारित प्रोग्रामेबल प्लेटफॉर्म का निर्माण किया, जो एक समानांतर तरीके से लिक्विड हैंडलिंग और बायोएनालिटिकल ऑपरेशंस करता है। पिछले तरीकों के विपरीत, जिसके लिए भारी, संसाधन-गहन उपकरणों की आवश्यकता होती है, छोटा प्लेटफॉर्म वायरल प्रचलन की एक विस्तृत श्रृंखला पर पर्याप्त लागत बचत प्रदान करता है, साथ ही साथ उच्च परिशुद्धता, मजबूती, अनुकूलनशीलता और मापनीयता की पेशकश करता है।

इमामीनेजाद कहते हैं, "हमारी हैंडहेल्ड लैब तकनीक कमी और परीक्षणों तक पहुंच की कुछ बाधाओं को दूर करने में मदद कर सकती है, विशेष रूप से महामारी की शुरुआत में, जब यह बीमारी के प्रसार को नियंत्रित करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण है।" "और कम आपूर्ति और उच्च मांग के मुद्दों को संबोधित करने की अपनी क्षमता से परे, इसे क्षेत्र में और प्रयोगशाला-ग्रेड गुणवत्ता के साथ कई प्रकार की बीमारियों के परीक्षण के लिए व्यापक रूप से अनुकूलित किया जा सकता है।"

मल्टीप्लेक्स और पूल्ड टेस्टिंग की ओर बढ़ रहे हैं

शोधकर्ताओं ने वायरस से आनुवंशिक सामग्री की उपस्थिति का पता लगाने के लिए ऑपरेशन का एक सूट विकसित किया - इस मामले में, SARS-CoV-2 जो COVID-19 का कारण बनता है। सर्किट बोर्ड प्रतिक्रिया उत्पाद (डीएनए) को बढ़ाने के लिए स्वचालित परिवहन, एलिकोटिंग, विलय, मिश्रण और नमूना बूंदों के हीटिंग सहित डायग्नोस्टिक एनएएटी वर्कफ़्लो के माध्यम से चुंबकित नमूनों को परिवहन करने के लिए फेरोबोट्स के झुंड को नियंत्रित करता है। अंत में, परिणाम एक पीएच संकेतक के रंग परिवर्तन के आधार पर निर्धारित किए जाते हैं, जो क्रमशः सकारात्मक या नकारात्मक के रूप में, सीमा के ऊपर या नीचे, परीक्षण की एक द्विआधारी व्याख्या को सक्षम करता है।

यूसीएलए के शोधकर्ताओं ने समांतरता का भी प्रदर्शन किया - सर्किट में विद्युत चुम्बकीय टाइलों का उपयोग करके एक ही समय में कई फेरोबोट्स को स्थानांतरित करना - साथ ही साथ प्रत्येक फेरोबोट द्वारा एक सहयोगी तरीके से अनुक्रमिक कार्य संचालन (अन्य फेरोबॉट्स के साथ समन्वय में)।

डि कार्लो कहते हैं, "इस प्लेटफॉर्म का कॉम्पैक्ट डिज़ाइन और नमूनों की स्वचालित हैंडलिंग पूल परीक्षण के आसान कार्यान्वयन को सक्षम बनाता है जहां आप एक ही समय में दर्जनों रोगी नमूनों का परीक्षण कर सकते हैं, और सभी समान सामग्रियों के साथ वर्तमान में केवल एक रोगी का परीक्षण कर सकते हैं।" "उदाहरण के लिए, आप केवल कुछ दर्जन परीक्षण किटों के साथ पूरे कॉलेज निवास हॉल में छात्रों का परीक्षण कर सकते हैं।"

पूल किए गए परीक्षण एल्गोरिथम को लागू करके, जो एक ही परख में 16 नमूनों तक का परीक्षण कर सकता है, सिस्टम को व्यक्तिगत रूप से नमूनों का परीक्षण करने के लिए आवश्यकता से बहुत कम अभिकर्मक लागत की आवश्यकता होती है। यदि पूल किए गए परीक्षण ने एक सकारात्मक परिणाम दिखाया, तो वास्तविक सकारात्मक नमूनों की पहचान होने तक संचालन का एक बाद का सुव्यवस्थित सेट प्लेटफॉर्म के भीतर होता है। अंततः, शोधकर्ताओं ने ध्यान दिया, वायरल प्रसार के आधार पर रासायनिक अभिकर्मक लागत को 10 से 300 गुना कम किया जा सकता है।

एक साथ कई बीमारियों के परीक्षण के साथ-साथ, बैच प्रसंस्करण से जुड़े प्रतीक्षा समय से बचते हुए, प्लेटफ़ॉर्म समानांतर और अतुल्यकालिक रूप से बड़ी संख्या में इनपुट नमूनों का विश्लेषण कर सकता है। इस प्रकार, टीम ने निष्कर्ष निकाला कि यह तकनीक महामारी और महामारी की तैयारी के लिए विश्व स्तर पर परीक्षण क्षमता बढ़ाने के लिए एक आशाजनक समाधान के रूप में कार्य करती है।