Daripada COVID kepada Kanser: Ujian Rumah Baharu Mengesan Penyakit dengan Ketepatan Yang Mengejutkan

Sakit tekak dan hidung tersumbat? Kemunculan ujian rumah cepat telah memudahkan untuk mengetahui sama ada anda mempunyai penyakit serius seperti COVID-19 atau hanya alahan musim bunga. Tetapi walaupun kelajuan dan kemudahannya, ujian ini kurang sensitif daripada yang digunakan di klinik. Ini bermakna bahawa hasilnya mungkin negatif walaupun orang itu dijangkiti.

Penyelesaiannya boleh menjadi teknologi biopenderiaan kos rendah baharu yang boleh menjadikan ujian pantas di rumah 100 kali lebih sensitif kepada virus seperti COVID-19. Ia juga boleh mengembangkan keupayaan pemeriksaan pantas untuk keadaan berbahaya lain seperti kanser prostat dan sepsis.

Para saintis di University of California, Berkeley telah membangunkan ujian yang menggabungkan proses penyejatan semula jadi yang dipanggil "kesan cincin kopi" dengan plasmonik dan kecerdasan buatan untuk mengesan biomarker penyakit dengan tepat dalam beberapa minit sahaja.

"Teknik mudah tetapi berkuasa ini memberikan hasil yang sangat tepat dalam sebahagian kecil daripada masa yang diperlukan untuk kaedah diagnostik tradisional," kata Kamyar Behrouzi, calon PhD baru-baru ini dalam sistem mikroelektromekanikal dan kejuruteraan nano di UC Berkeley.
"Kerja kami membuka jalan untuk penyelesaian diagnostik yang lebih mudah diakses dan berpatutan, terutamanya untuk wilayah terhad sumber."

Penerangan mengenai teknologi telah diterbitkan dalam jurnal Nature Communications.

Kesan Cincin Kopi dan Nanopartikel

Jika anda melihat dengan teliti pada noda kopi atau wain, anda akan mendapati ia lebih gelap di bahagian tepi berbanding di tengah. Ini disebabkan oleh fenomena fizikal yang dikenali sebagai kesan cincin kopi: apabila setitik cecair menyejat, ia menghasilkan arus yang menolak zarah terampai ke arah tepi. Jika zarah berpigmen, seperti dalam kopi atau wain, cincin yang lebih gelap akan terbentuk di sekeliling tepi noda.

Pada tahun 2020, Behrouz sedang membangunkan biosensor untuk mengesan COVID-19 dan mendapati titisan larutan eksperimennya meninggalkan kesan berbentuk cincin apabila ia kering. Dia menyedari bahawa kesan cincin kopi boleh digunakan untuk menumpukan zarah virus COVID-19, menjadikannya lebih mudah untuk dikesan.

"Kami menyedari bahawa kami boleh menggunakan kesan ini untuk mencipta sesuatu yang lebih baik daripada yang kami rancangkan pada asalnya, " kata Behrouz.

Bagaimanakah ujian itu berfungsi?

Teknologi ujian pantas menggunakan zarah kecil yang dipanggil nanopartikel plasmonik yang berinteraksi dengan cahaya dengan cara yang istimewa.

1. Pengguna menyapu setitik cecair yang mengandungi protein yang berkaitan dengan penyakit (seperti dari sapuan dari mulut atau hidung) ke membran.
2. Apabila kering, titisan menumpukan biomarker penyakit di kawasan cincin kopi.
3. Pengguna kemudian menambah titisan kedua yang mengandungi nanopartikel plasmonik yang "melekat" pada biomarker penyakit.

Jika biomarker hadir, nanopartikel membentuk corak tertentu yang mengubah cara cahaya berinteraksi dengan membran. Perubahan ini boleh dilihat dengan mata kasar atau dengan aplikasi telefon pintar berkuasa AI.

Teknologi ini memberikan keputusan dalam masa kurang daripada 12 minit dan 100 kali lebih sensitif untuk COVID-19 berbanding ujian di rumah yang serupa.

Permohonan untuk penyakit lain

"Salah satu protein utama yang boleh kita kesan dengan teknik ini ialah biomarker untuk sepsis, tindak balas keradangan yang berbahaya kepada jangkitan bakteria yang boleh berkembang dengan sangat cepat, terutamanya pada orang lebih 50," kata pengarang kajian kanan Liwei Lin, seorang profesor kejuruteraan mekanikal di UC Berkeley.
"Setiap jam penting, tetapi membiakkan bakteria untuk mengenal pasti punca jangkitan boleh mengambil masa beberapa hari. Teknik kami membolehkan doktor mengesan sepsis dalam masa 10 hingga 15 minit."

Para saintis telah pun mencipta prototaip ujian rumah yang serupa dengan ujian pantas COVID-19, dengan komponen cetakan 3D yang membantu meletakkan sampel dengan betul dan menggunakan titisan plasmonik.

"Semasa pandemik COVID-19, kami bergantung pada ujian di rumah untuk melihat sama ada kami dijangkiti. Saya berharap teknologi kami akan menjadikannya lebih mudah untuk mendapatkan pemeriksaan biasa untuk keadaan seperti kanser prostat tanpa perlu meninggalkan rumah," kata Lin.