SARS, Zika 및 Ebola를 포함한 주요 전염병과 H1N1 및 COVID-19와 같은 전염병은 지난 XNUMX년 동안 전 세계를 사로잡았습니다. 전염병 발생이 규칙적으로 증가함에 따라 바이러스 진단 및 감시 테스트 역량을 확장하여 전염병을 억제하고 전염병을 예방할 필요성이 점진적으로 분명해집니다. 가 이끄는 연구원 디노 디 카를로 과 샘 에마미네자드 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 캠퍼스(UCLA)는 이제 밀리미터 크기의 자석 무리("페로봇"이라고 함)를 기반으로 하는 휴대용 바이러스 진단 테스트를 개발했습니다. 이 기술은 질병 검사의 처리량을 크게 늘리는 동시에 비용과 희소한 공급품의 사용을 최소화할 수 있습니다.
진단 랩 키트 설명 자연, 연구원은 다중화 및 풀링된 바이러스 테스트를 위한 플랫폼의 작동 원리와 적응성을 설명합니다. 그들은 또한 COVID-19 증상이 있는 개인의 샘플을 사용한 임상 연구 결과를 보고합니다. 골드 표준 역전사 중합효소 연쇄 반응(RT-PCR) 분석을 사용하여 COVID-19에 대해 테스트한 동일한 샘플과 랩 키트를 사용한 테스트 결과를 비교한 결과 테스트 민감도는 98%, 특이도는 100%인 것으로 나타났습니다.
공급 부족 극복 및 비용 절감
바이러스 진단 및 감시 테스트 옵션 중 핵산 증폭 테스트(NAAT)는 항원 및 항체 기반 테스트에 비해 민감도, 특이성 및 특정 진단 항체의 사전 생성 없이 신속하게 제공할 수 있는 기능 측면에서 분명한 이점을 보여줍니다. 그러나 이전의 NAAT 기반 테스트 플랫폼은 유연한 워크플로우를 달성하고 질병 스크리닝 효율성을 최대화하는 데 필요한 통합 액체 처리, 분석 및 자동 피드백 프로세스를 수행할 수 없었습니다.
이러한 단점을 극복하기 위해 UCLA 연구원들은 액체 처리 및 생체 분석 작업을 병렬 방식으로 수행하는 손바닥 크기의 인쇄 회로 기판 기반 프로그래밍 가능 플랫폼을 만들었습니다. 부피가 크고 리소스 집약적인 기기가 필요한 이전 방법과 달리 소형화된 플랫폼은 광범위한 바이러스 확산에 대해 상당한 비용 절감을 제공하는 동시에 높은 정밀도, 견고성, 적응성 및 확장성을 제공합니다.
Emaminejad는 "우리의 휴대용 실험실 기술은 특히 질병 확산을 통제하는 것이 가장 중요한 대유행 초기에 테스트에 대한 희소성과 접근성의 장벽을 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 말했습니다. "그리고 공급 부족과 높은 수요 문제를 해결할 수 있는 잠재력 외에도 현장에서 다양한 유형의 질병을 테스트하고 실험실 수준의 품질로 광범위하게 적용할 수 있습니다."
다중화 및 통합 테스트로 이동
연구원들은 바이러스(이 경우에는 COVID-2를 유발하는 SARS-CoV-19)에서 유전 물질의 존재를 감지하기 위한 일련의 작업을 개발했습니다. 회로 기판은 반응 생성물(DNA)을 증폭하기 위한 샘플 액적의 자동화된 운송, 분주, 병합, 혼합 및 가열을 포함하여 진단 NAAT 워크플로우를 통해 자화 샘플을 운송하기 위해 페로봇 떼를 제어합니다. 마지막으로, 결과는 pH 표시기의 색상 변화를 기반으로 결정되며, 이를 통해 임계값 위 또는 아래에서 각각 양성 또는 음성으로 테스트를 이진법으로 해석할 수 있습니다.
UCLA 연구원들은 또한 회로의 전자기 타일을 사용하여 많은 페로봇을 동시에 이동시키는 병렬화와 각 페로봇이 공동 작업 방식으로(다른 페로봇과 협력하여) 순차적 작업 작업을 시연했습니다.
"이 플랫폼의 컴팩트한 디자인과 자동화된 샘플 처리 덕분에 수십 명의 환자 샘플을 동시에 테스트할 수 있는 공동 테스트를 쉽게 구현할 수 있으며, 현재 단 한 명의 환자를 테스트하는 데 필요한 동일한 재료를 모두 사용합니다."라고 Di Carlo는 말합니다. "예를 들어, 대학 기숙사 전체에서 수십 개의 테스트 키트만으로 학생들을 테스트할 수 있습니다."
적응형 바이오센서로 COVID-19 바이러스 및 항체를 신속하게 감지
단일 분석에서 최대 16개의 샘플을 테스트할 수 있는 통합 테스트 알고리즘을 구현함으로써 시스템은 샘플을 개별적으로 테스트하는 데 필요한 것보다 훨씬 낮은 시약 비용을 필요로 합니다. 풀링된 테스트에서 양성 결과가 표시되면 실제 양성 샘플이 식별될 때까지 플랫폼 내에서 후속 작업이 간소화됩니다. 궁극적으로 연구원들은 화학 시약 비용이 바이러스 확산에 따라 10배에서 300배까지 감소할 수 있다고 지적합니다.
여러 질병을 동시에 테스트할 뿐만 아니라 플랫폼은 많은 수의 입력 샘플이 도착하면 병렬 및 비동기식으로 분석하여 일괄 처리와 관련된 대기 시간을 피할 수 있습니다. 따라서 팀은 이 기술이 전염병 및 전염병 대비를 위해 전 세계적으로 테스트 용량을 늘리는 유망한 솔루션 역할을 한다고 결론지었습니다.
