Ультрапортативный прибор определил мутации при помощи смартфона
Ученые создали портативное устройство для анализа ДНК. Оно весит около 60 граммов, его себестоимость меньше 7 долларов. Для нагревания реагентов и автоматического распознавания результата устройство использует смартфон.
Один из самых распространенных способов определить последовательность ДНК — полимеразная цепная реакция (ПЦР). Для ПЦР необхоимо специальное оборудование, источник электричества и обученный специалист. Ученые пытаются создать портативные устройства для анализа ДНК, которые позволят проводить анализы в любых условиях.
Определение последовательности ДНК требует ряда процедур: подготовка образцов, амплификация (многократное копирование молекул ДНК в образцах) и собственно детекция. Каждый из этих шагов необходимо уместить в портативное устройство. Одна из проблем на этом пути — сделать процесс независимым от электричества, ведь большинство методов анализа ДНК требует нагревание образцов.
Устройство пытаются сделать не только компактным, но и универсальным: оно должно уметь работать с анализами слюны, крови и мочи и распознавать различные формы ДНК, например, гены патогенов и мутации.
Чип состоит из двух частей: блока подготовки образца и блока усиления сигнала. Пробу помещают на диск, который связывает ДНК, и промывают от клеточных компонентов буферным раствором. Затем добавляют реагенты для рекомбиназной полимеразной амплификации — метода, который позволяет размножить молекулы ДНК при постоянной температуре.
Растворы вводят в чип с помощью шприца, на который насаживают тефлоновую трубочку. В ней уже есть все необходимые реагенты в нужном порядке и количестве. Различные растворы разделяют пузыри воздуха, и оператор устройства должен лишь нажимать на поршень шприца, пока нужная жидкость не выйдет из него.
Пять этапов работы устройства. 1: образцы помещают в чип; 2: буфер смывает остатки клеток; 3: рекомбиназная полимеразная амплификация; 4: ДНК связываются с пробами, на них садятся золотые наночастицы; 5: пробы покрывают ионы серебра
Чтобы нагреть образцы до необходимых 37 градусов Цельсия, используют смартфон. Ученые разработали приложение, которое запускает операции, требующие интенсивной работы процессора. Программа автоматически контролирует число операций, чтобы поддерживать температуру на нужном уровне. В комплекте также предусмотрены одноразовые пакеты, которые защитят смартфон от биологических жидкостей. (до чего техника дошла, наверняка там просто майнер битков и все)
Благодаря ионам серебра точки, в которых ДНК образцов связалась с пробами становятся заметны невооруженным глазом. Для автоматического считывания результата нужна вторая часть устройства. В нее входит картонная складная коробка (подставка для смартфона) и оптический блок с макролинзой и светодиодом. Камера телефона фиксирует свечение проб, а приложение оцифровывает результат.
Устройство продемонстрировало свою универсальность и для разных типов биологических образцов: крови, слюны, мочи, еды и растений. Девайс можно использовать для медицинских анализов, чтобы определить безопасность пищи и обнаружить патогены культурных растений.