Los investigadores de ingeniería desarrollaron un dispositivo de laboratorio en miniatura de próxima generación que utiliza nanoperlas magnéticas para aislar partículas bacterianas diminutas que causan enfermedades. El uso de esta nueva tecnología mejora la forma en que los médicos aíslan cepas de infecciones bacterianas resistentes a los medicamentos y micro microesferas difíciles de detectarpartículas como las que forman el Ébola y los coronavirus.
Ke Du y Blanca Lapizco-Encinas, ambas profesoras-investigadoras del Kate Gleason College of Engineering de Rochester Institute of Technology, trabajaron con un equipo internacional para colaborar en el diseño del nuevo sistema: un dispositivo microfluídico, esencialmente un laboratorio-Una papa.
Las infecciones bacterianas resistentes a los medicamentos están causando cientos de miles de muertes en todo el mundo cada año, y este número aumenta continuamente. Según un informe de las Naciones Unidas, las muertes causadas por la resistencia a los antibióticos podrían llegar a 10 millones anuales para 2050, Du explicó.
"Es urgente para nosotros detectar, entender y tratar mejor estas enfermedades. Para proporcionar una detección rápida y precisa, la purificación y preparación de la muestra es crítica y esencial, eso es lo que estamos tratando de contribuir. Estamos proponiendo utilizareste novedoso dispositivo para el aislamiento y la detección de virus, como el coronavirus y el ébola ", dijo Du, profesor asistente de ingeniería mecánica cuyo antecedente está en el desarrollo de nuevos biosensores y tecnología de edición de genes.
El equipo de laboratorio está interesado en la detección de infección bacteriana, especialmente en fluidos corporales. Uno de los principales problemas para la detección es cómo aislar mejor las concentraciones más altas de patógenos.
El dispositivo es un entorno de laboratorio sofisticado que se puede utilizar en hospitales o clínicas de campaña y debería ser mucho más rápido en la recolección y análisis de muestras que los filtros de membrana disponibles comercialmente. Sus canales anchos y poco profundos atrapan pequeñas moléculas de bacterias que son atraídas por los paquetes,micropartículas magnéticas.
Esta combinación de los canales más profundos en el nanodispositivo, el aumento de la velocidad de flujo de los fluidos donde se suspenden las bacterias y la inclusión de perlas magnéticas a lo largo de los canales del dispositivo mejora el proceso de captura / aislamiento de muestras bacterianas. Los investigadores pudieronaísle las bacterias de varios fluidos con un filtro de matriz basado en micropartículas. El filtro atrapa partículas en pequeños vacíos en el dispositivo, proporcionando una mayor concentración de bacterias para el análisis. Una ventaja adicional de un dispositivo más pequeño como este permite que se analicen múltiples muestrasal mismo tiempo.
"Podemos llevar este dispositivo portátil a un lago que ha sido contaminado por E. coli. Podremos tomar algunos mililitros de la muestra de agua y pasarla por nuestro dispositivo para que las bacterias puedan quedar atrapadas y concentradas.puede detectar rápidamente estas bacterias en el dispositivo o liberarlas en ciertas sustancias químicas para analizarlas ", dijo Du, cuyo trabajo anterior se centró en dispositivos que utilizan la tecnología de edición de genes CRISPR y la comprensión fundamental de la dinámica de fluidos.
Al asociarse con Lapizco-Encinas, un ingeniero biomédico con experiencia en dielectroforesis, un proceso que utiliza corriente eléctrica para separar las biomoléculas, su colaboración proporcionó una mayor capacidad para una mejor detección de patógenos, específicamente para el aislamiento y concentración de bacterias y microalgas.
"Nuestro objetivo no es solo aislar y detectar bacterias en el agua y el plasma humano, sino también trabajar con muestras de sangre completa para comprender y detectar infecciones de la sangre como la sepsis. Ya tenemos un plan concreto para eso. La idea es utilizar unpar de dispositivos de nano tamiz para aislamiento secuencial ", dijo Lapizco-Encinas, profesor asociado en el departamento de ingeniería biomédica de RIT.
Du y Lapizco-Encinas formaron parte de un equipo compuesto por ingenieros mecánicos y biomédicos de Rutgers, la Universidad de Alabama, SUNY Binghamton y el Instituto Tsinghua-Berkeley Shenzhen en China para abordar los desafíos globales de las pandemias de enfermedades. Los nuevos datos sonpublicado en el artículo "Captura rápida de Escherichia coli y recuperación de fluidos corporales a través de un nanodispositivo tridimensional apilado con cuentas", en la revista Materiales e interfaces aplicados por ACS .
El equipo de investigación es el doctorado en ingeniería RIT Xinye Chen, Abbi Miller y Qian He; el profesor asistente de ingeniería eléctrica y de computación de la Universidad de Alabama, Yu Gan, y el estudiante universitario Shengting Cao; Ruo-Qian Wang, profesor asistente de civil y ambientalingeniería de la Universidad de Rutgers; Xin Yong, profesor asistente de ingeniería mecánica de SUNY Binghamton; Peiwu Qin del Centro de Medicina de Precisión y Atención Médica, Instituto Tsinghua-Berkeley Shenzhen, China; y Jie Zhang, Carollo Engineers Inc. en Seattle.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Rochester . Original escrito por Michelle Cometa. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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