ایسنا/ یک فناوری تشخیصی جدید و کم‌هزینه‌ که از لکه‌های قهوه الهام گرفته است، می‌تواند کووید-۱۹ و سپسیس را به‌سرعت با استفاده از نور و نانوذرات شناسایی کند.

به‌نظر می‌رسد که لکه‌های قهوه و آزمایش‌های پزشکی پیشرفته، اشتراکات زیادی با یکدیگر دارند. فناوری جدیدی برای آزمایش‌های خانگی که توسط پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی توسعه یافته، از همان فیزیکی بهره می‌گیرد که پشت پدیده‌ «حلقه‌ی قهوه» قرار دارد تا حساسیت آزمایش‌های سریع را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.

به نقل از آی‌ای، وقتی لکه‌ قهوه خشک می‌شود، معمولا حلقه‌ای تیره‌تر در لبه‌ها نسبت به مرکز به جا می‌گذارد که پدیده‌ای به‌عنوان «اثر حلقه‌ی قهوه» را شکل می‌دهد. وقتی قطره‌ای تبخیر می‌شود، ذرات را به سمت بیرون می‌برد و آن‌ها را در اطراف لبه‌ها متمرکز می‌کند.

جایی که لکه‌ها با علم تلاقی می‌کنند

گروهی از دانشگاه برکلی متوجه شدند که می‌توانند از این فرایند طبیعی برای متمرکز کردن نشانگرهای بیماری در یک نمونه‌ی آزمایشی استفاده کند، که باعث می‌شود تشخیص آن‌ها آسان‌تر شود.

نتیجه، ساخت دستگاهی کم‌هزینه و کاربرپسند است که تا ۱۰۰ برابر حساس‌تر از آزمایش‌های خانگی فعلی برای کووید-۱۹ است و می‌تواند روزی در تشخیص بیماری تهدیدکننده حیات مانند سپسیس و سرطان پروستات تنها در ۱۲ دقیقه موثر عمل کند.

این نوآوری، اثر حلقه‌ قهوه را با نانوذرات پلاسمونیک و یک اپلیکیشن هوش مصنوعی ترکیب می‌کند تا مقادیر بسیار کمی از نشانگرهای زیستی بیماری را در یک قطره‌ منفرد شناسایی کند.

هنگامی که نمونه خشک می‌شود، پروتئین‌های هدف را در لبه‌ی حلقه متمرکز می‌کند. سپس نانوذرات خاصی افزوده می‌شوند که به این پروتئین‌ها متصل می‌شوند و الگوهای نوری‌ ایجاد می‌کنند که می‌توان آن‌ها را با چشم یا از طریق گوشی هوشمند مشاهده کرد.

کامیار بهروزی، که به تازگی دکترای خود را از دانشگاه برکلی دریافت کرده، می‌گوید: این روش ساده ولی موثر می‌تواند نتایج بسیار دقیقی را در مدت‌زمانی بسیار کوتاه‌تر از روش‌های سنتی تشخیصی ارائه دهد. کار ما مسیر را برای آزمایش‌های تشخیصی مقرون‌به‌صرفه‌تر و قابل‌دسترسی‌تر هموار می‌کند، به‌ویژه در مناطقی با منابع محدود.

حلقه، نور، و منطق

این آزمایش سریع با استفاده از نانوذرات پلاسمونیک کار می‌کند که ذرات بسیار کوچکی هستند که به‌شکلی خاص با نور تعامل دارند.

در ابتدا، کاربر یک قطره از مایع، مانند نمونه‌ی بینی یا مخاط گونه، را روی یک غشا قرار می‌دهد. همان‌طور که قطره خشک می‌شود، به‌طور طبیعی پروتئین‌های مرتبط با بیماری را به سمت لبه‌ی بیرونی می‌کشد و الگویی متمرکز از حلقه‌ی قهوه ایجاد می‌کند.

سپس قطره‌ دومی اضافه می‌شود که این‌بار حاوی نانوذرات مهندسی‌شده خاصی است. این نانوذرات برای اتصال به نشانگرهای زیستی بیماری طراحی شده‌اند.

اگر نشانگرهای بیماری در نمونه وجود داشته باشند، ذرات به‌صورت خوشه‌ای در الگوهایی قرار می‌گیرند که نحوه‌ی بازتاب نور از سطح غشا را تغییر می‌دهند که تغییری است که با چشم غیرمسلح یا از طریق اپلیکیشن هوشمند مجهز به هوش مصنوعی قابل‌مشاهده است.

لی‌وی لین، نویسنده ارشد مطالعه می‌گوید: یکی از پروتئین‌های کلیدی که ما توانستیم با این روش شناسایی کنیم، نشانگر زیستی سپسیس است که یک پاسخ التهابی تهدیدکننده‌ی حیات در برابر عفونت باکتریایی است که می‌تواند به‌سرعت در افراد بالای ۵۰ سال گسترش یابد.

زمان طلایی

در تشخیص بیماری، هر ساعت اهمیت دارد، اما کشت باکتری‌ها برای مشخص کردن منبع عفونت می‌تواند چند روز طول بکشد. روش ما می‌تواند به پزشکان کمک کند که سپسیس را در عرض ۱۰ تا ۱۵ دقیقه تشخیص دهند.

پژوهشگران یک کیت آزمایش خانگی نمونه‌سازی کرده‌اند، شبیه به آزمایش‌های خانگی کووید، که شامل قطعات چاپ سه‌بعدی است تا کاربران را در قرار دادن صحیح نمونه و قطره‌های نانوذره‌ای راهنمایی کند.

لین می‌گوید: در طول همه‌گیری کووید-۱۹، ما برای آگاهی از ابتلا یا عدم ابتلا به آزمایش‌های خانگی متکی بودیم. امیدوارم فناوری ما باعث شود که غربالگری منظم بیماری‌هایی مانند سرطان پروستات برای افراد آسان‌تر و قابل‌دسترس‌تر شود و این کار بدون نیاز به ترک خانه انجام شود.