個々のウイルスを検出する顕微鏡は迅速な診断を可能にする可能性がある

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COVID-19検出のためのPRISM。一番上に、コンセプトアート。左下、フォトニック結晶表面上の単一ウイルスの顕微鏡画像。右下、XNUMXつのウイルスが検出されたPRISM画像。 NantaoLiの画像提供

要約：
化学物質や染料を使用せずに、サンプルからウイルスやタンパク質をリアルタイムで確認およびカウントする高速で低コストの技術は、HIVやCOVIDを引き起こすウイルスなど、迅速な診断とウイルス負荷監視のための新しいクラスのデバイスを支える可能性があります。 -19。

個々のウイルスを検出する顕微鏡は、迅速な診断に役立つ可能性があります

イリノイ州シャンペーン| 19年2021月XNUMX日に投稿

イリノイ大学アーバナシャンペーン校の研究者は、ジャーナルNature Communicationsで、フォトニック共振器干渉散乱顕微鏡法（PRISM）と呼ばれる手法について説明しました。

「私たちは、光と生体物質の間の相互作用を増幅する新しい形態の顕微鏡法を開発しました。非常に迅速で感度の高い形式の診断テストに使用できます。また、個々のタンパク質のカウントや個々のタンパク質相互作用の記録など、個々のアイテムのスケールで生物学的プロセスを理解するための非常に強力なツールとしても使用できます」と、研究リーダーのブライアンカニンガムは述べています。 Intel Alumniは、電気およびコンピューターエンジニアリングの議長を務め、イリノイ州のHolonyak Micro and NanotechnologyLabおよびCarlR。Woese Institute for GenomicBiologyのメンバーです。

光学顕微鏡では、光がスライド上で遭遇した分子やウイルスに当たって跳ね返り、信号を生成します。通常のスライドガラスの代わりに、PRISM技術はフォトニック結晶を使用します。これは、XNUMXつの波長の光だけを鮮やかに反射するナノ構造のガラス表面です。カニンガムのグループは、赤色レーザーからの光が増幅されるように、赤色光を反射するフォトニック結晶を設計および製造しました。

「私たちが見ている分子–この研究では、ウイルスと小さなタンパク質–は非常に小さいです。従来の光学顕微鏡で検出できる信号を生成するのに十分な光を散乱させることはできません」と、論文の筆頭著者である大学院生のNantaoLi氏は述べています。「フォトニック結晶を使用する利点は、光の強度を増幅するため、これらの信号の検出が容易になり、自然状態を変更したり活動を妨げたりする可能性のある化学ラベルや染料を使用せずに、これらのタンパク質やウイルスを研究できることです。それらの分子が存在するかどうかを判断するためのゲージとして、固有の散乱信号を使用するだけです。」

研究者たちは、COVID-19を引き起こすウイルスを検出することによって彼らの技術を検証しました。 PRISMは、個々のコロナウイルスがスライドの表面を移動するときにそれらを検出しました。研究者たちはまた、PRISMを使用して、フェリチンやフィブリノーゲンなどの個々のタンパク質を検出しました。この技術により、研究者はそのような生物学的標的を自然な状態で研究することができます。たとえば、タンパク質が相互作用するのを観察できます。または、フォトニック結晶スライドの表面に抗体やその他の分子を播種して、標的アイテムを捕捉して所定の位置に保持することができます。

「測定値を取得するのに10秒かかります。その間に、センサーで捕捉されたウイルスの数を数えることができます」とカニンガム氏は述べています。「これは、室温で機能するシングルステップの検出方法です。また、高速で、非常に感度が高く、低コストです。これは、ウイルスを破壊し、遺伝物質を抽出し、化学増幅プロセスを経て検出できるようにする、現在のウイルステストの標準的な方法とは大きく異なります。 PCRと呼ばれるこの方法は正確で感度が高いですが、時間、専門の機器、訓練を受けた技術者が必要です。」

カニンガムのグループは、PRISMテクノロジーをCOVID-19およびHIVウイルス量モニタリング用のポータブルで迅速な診断デバイスに組み込むために取り組んでいます。このグループは、血液サンプル用のフィルターや呼気検査用の凝縮チャンバーを組み込んだプロトタイプデバイスを模索しています。

「これを生物学と癌の研究ツールとしても使用する予定です」とカニンガム氏は述べています。「これを使用して、病気のプロセスの一部であるタンパク質相互作用を理解することができます。私たちは、癌細胞が放出するこれらの小さな小胞を検出し、それらがどの組織から来ているかを診断のために検出し、癌細胞からどの貨物を輸送しているかを研究するためにそれを使用することに興味があります。」

国立科学財団と国立衛生研究所はこの作業を支援しました。

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