توضیح تصویر: سیستم تشخیص محققان از یک دوربین تلفن همراه استاندارد برای ضبط ویدیو از میکرو قطرات همان طور که آنها از کنار لنز عبور می‌کنند استفاده می‌کند. نشانگرهای فلورسنت را می‌توان با تطابق آنها با الگوی نوری مواجی که نور آنها را روشن می‌کند به صورت جداگانه شناسایی کرد.
 

یکی از مرزهای تشخیص پزشکی، نژاد برای آزمایش‌های حساس تر خونی است. توانایی تشخیص پروتئین‌های بسیار نادر می‌تواند برای بسیاری از شرایط، از جمله تشخیص زودهنگام سرطان‌های خاص و یا تشخیص آسیب‌های تروماتیک مغز، به طور زندگی بخشی متفاوت باشد، در حالی که نشانگرهای حیاتی مربوطه فقط در مقادیر کم و رو به کاهش ظاهر می‌شوند.
 
رویکردهای تجاری برای شناسایی پروتئین‌های فوق حساس در حال تبدیل شدن به موارد در دسترس هستند، اما آنها مبتنی بر اپتیک گران قیمت و کنترل کننده‌های مایع هستند، که آنها را نسبتا سنگین و گران می‌کند و استفاده  از آنها را به تنظیمات آزمایشگاهی محدود می‌کند.
 
با دانستن این که داشتن این نوع سیستم تشخیصی به عنوان یک دستگاه مراقبتی برای بسیاری از شرایط، مخصوصا آسیب‌های مغزی آسیب پذیر، حیاتی است، مهندسین دانشگاه پنسیلوانیا، یک آزمایش را انجام می‌دهند که از مؤلفه‌های دم دستی استفاده می‌کند و می‌تواند پروتئین‌های تکی را تشخیص دهد با نتایجی در عرض چند دقیقه، در مقایسه با گردش کار سنتی، که می‌تواند روزها طول بکشد. رویکردهای تجاری برای شناسایی پروتئین فوق حساس در حال تبدیل شدن به حالت در دسترس بودن هستند، اما آنها مبتنی بر اپتیک گران قیمت و کنترل کننده‌های مایع هستند، که آنها را نسبتا بزرگ و گران می‌کند.
 
تیم، با استفاده از یک دوربین تلفن همراه استاندارد و مجموعه‌ای از چراغ‌های ال ای دی چشمک زن ترکیب شده با تولید کننده‌های قطره‌های ریز میکرو سیال آزمایشگاه آنها، سیستمی را توسعه داده است که هزار بار حساس تر از آزمون پروتئین استاندارد است، و قابل حمل و نقل دستی است، و به نحو قابل ملاحظه‌ای ارزان تر است از تست‌های جاری روزآمد تک پروتئینی که در ابتدا به بازار عرضه شدند.
 
محققان به رهبری دیوید ایسیادور، استادیار گروه مهندسی مهندسی پنی و مهندسی Venkata R. Yelleswarapu، سیستم خود را در یک مطالعه منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی نشان دادند.
 
تست تشخیص پروتئین استاندارد، ELISA، شامل اتصال آنتی بادی به پروتئین مورد نظر، و سپس اندازه گیری میزان رنگ نمونه در پاسخ به آنزیم‌های مرتبط با آنتی بادی‌ها می‌شود. این فرایند به اندازه کافی سریع و ساده است که در دستگاه‌های مراقبتی نظیر آزمایشات HIV در خانه گنجانده شود، اما فقط زمانی کار می کند که پروتئین ها در غلظت های زیادی هستند.
 
در حال حاضر نشانگرهای حیاتی خیلی کمی برای آسیب‌های مغزی وجود دارد زیرا تعداد بسیار کمی از نشانگرهای پروتئینی این آسیب‌ها راه خود را از میان مانع‌های خون مغزی باز می‌کنند. محققان پزشکی اخیرا تأیید کرده‌اند که هر یک از این نشانگرها می‌توانند برای آزمایش خون مورد استفاده قرار بگیرند و با توجه به غلظت بسیار کم آنها، این آزمون نیاز به حساسیت بیشتری نسبت به آرایه ELISA استاندارد دارد.
 
ایزادور می‌گوید: "با یک هزار برابر حساسیت بیشتر، منظور این است که اگر ما فقط یک شیشه کوچک از پروتئین‌های مربوطه داشته باشیم، می توانیم آن پروتئین‌ها را دقیق بشمریم، در حالی که یک آزمایش سنتی نمی‌توانست به راحتی به ما تفاوت بین این آمپول خون و یکی که هیچ پروتئینی در آن موجود نیست را بگوید. همان طور که تعداد پروتئین‌ها را افزایش می‌دهید، آزمایش سنتی در نهایت می‌تواند آنها را تشخیص دهد، اما ما می توانیم تعداد پروتئین‌ها را در غلظتی هزار بار کمتر از مال آنها بشمریم. "  دانستن این که داشتن این نوع سیستم تشخیصی به عنوان یک وسیله مراقبتی در دسترس است برای بسیاری از شرایط، مخصوصا آسیب‌های مغزی، بسیار مهم است.
 
روش ایزادور با اندازه گیری یک پروتئین در هر نوبت با تجزیه نمونه به میکرو قطرات، که هر کدام حاوی یک پروتئین تکی هستند یا هیچ پروتئینی ندارند، کار می‌کند. تخصص آزمایشگاه او در میکرو سیالات، باعث تولید میکروچیپ‌ها با حکاکی به وسیله صدها تولید کننده ریز قطره که همگی به طور موازی در حال کار هستند شده است.
 
ایزادور می‌گوید: "به طور معمول، شما باید دقیقا اندازه گیری کنید که چه مقدار از یک نمونه تغییر رنگ یا تابندگی می‌دهد، اما در اینجا ما آنرا به ده ها میلیون سوال بله یا خیر تغییر داده‌ایم." "دیجیتالی کردن این سؤال، هزینه دوربین و تجهیزات کار کردن با مایعات اطراف آن را کاهش می‌دهد، اما مشکل را به نحوه پردازش ده‌ها میلیون از این سوالات، به گونه ای قابل بازیابی، دقیق، ارزان و قابل حمل منتقل می‌کند."
در حالی که یک دوربین دم دست می‌تواند تشخیص دهد که آیا یک میکرو قطره حاوی یک پروتئین حاوی نشانگر فلورسنت هست یا خیر، چالش بزرگ این بود که سرعت را افزایش دهیم. آشکارسازهای قطبی دیجیتال قطرات را به صف می‌کنند تا بتوانند در یک زمان آنها را اندازه گیری کنند. چنین سیستمی دقیق، اما بزرگ و گران است. آنها همچنین به دلیل نیاز به نظارت میلیونها قطره در یک زمان، توانایی محدودی دارد.
 
Yelleswarapu می گوید: "سرعت یک هزار قطره در ثانیه، که میزان تولید فن آوری‌های متعارف است، هنوز، اگر شما نیاز به اندازه گیری 50 میلیون دارید، بسیار کند است. مهندسین آزمایشاتی را انجام داده‌اند که از چیزهای دم دستی استفاده می‌کنند و می‌توانند پروتئین‌های تکی را با نتایج به دست آمده در عرض چند دقیقه تشخیص دهند.
 
محققان به جای استفاده از یک کانال تکی، قطرات را از صدها کانال جریان می‌دهند که همزمان از کنار دوربین عبور می‌کنند. با این حال، سرعت در تنگراه آن چنان هست که دوربین بتواند داده‌ها را ضبط کند.
 
Yelleswarapu میگوید: "به طور متعارف، این قاعدتاً باید کار نکند زیرا زمان در معرض گذاری که شما از یک دوربین معمولی به دست می‌آورید آن چنان است که سیگنال‌های به دست آمده از دو قطره کنار یکدیگر همپوشانی دارند". "یک دوربین تلفن همراه حدود صد تصویر در یک ثانیه می‌تواند بگیرد، و این برای این که به نحوی مفید این قطره‌ها را تجزیه و تحلیل کنیم خیلی آهسته است. اما شما می‌توانید از همان دوربین به نحو مفیدی استفاده کنید به شرطی که منبع نور چشمک زنی که شما برای روشن کردن قطره استفاده می‌کنید هزار بار سریعتر از فریم دوربین باشد. "
 
منبع گزارش:
مطالب ارائه شده توسط دانشگاه پنسیلوانیا.
 
برگرفته از مجله:
Venkata Yelleswarapu، جاشوا R. Buser، مارگالیت هابر، جاناتان بارون، Eshvar Inapuri، دیوید Issadore. پلت فرم موبایل برای تشخیص سریع پروتئین قطره سریع برای چند میلی لیتر، چند منظوره، قطب نما. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، 2019؛ 201814110 DOI: 10.1073 / pnas.1814110116
 
مترجم: علی رضایی میر قائد