Создан прибор для экстракции бактериальной ДНК с голосовым управлением

Устройства типа «лаборатория на чипе» (micro total analysis systems, μTAS) позволяют работать с минимальными объемами образца, снижают количество операций, выполняемых человеком, дают возможность проводить анализ или его часть прямо в месте оказания медицинской помощи, без транспортировки в лабораторию. Все это повышает безопасность работы с опасными патогенами. Одна из самых сложных задач при разработке таких устройств — интеграция на чип первого этапа, выделения нуклеиновых кислот из образца. Эту задачу решили корейские исследователи. Их прибор для экстракции бактериальной ДНК управляется с помощью голосовых команд, что делает процесс еще проще и безопаснее.

Прибор представляет собой микрофлюидный чип с насосом и четырьмя камерами (для помещения лизированного образца, двух промывок и элюции), соединенными шестью трехходовыми электромагнитными клапанами, которыми управляет микроконтроллер, подключенный к модулю Bluetooth. ДНК из образца захватывается специально обработанными гранулами диоксида кремния, помещенными в зигзагообразный канал, и после промывок отделяется от них на этапе элюции. Устройство размером с ладонь весит чуть больше 300 граммов и может питаться от портативной батареи или зарядного устройства для смартфона на 5 В.

Используя существующее программное обеспечение для распознавания речи, команда настроила приложение для смартфона на определенные голосовые команды. Как только пользователь произносит одну из команд, приложение по беспроводной сети отправляет сигнал запуска на микроконтроллер. Получив сигнал, микроконтроллер автоматически запускает загрузку образца, промывку и выпуск очищенной ДНК в камеру для сбора.

Пользователь должен коснуться смартфона, чтобы запустить программное обеспечение для распознавания речи. Но исследователи говорят, что в будущем вся операция (не считая лизиса клеток) может стать полностью бесконтактной, когда будет добавлено программное обеспечение виртуального помощника.

С помощью своего устройства авторы выделили ДНК Salmonella typhimurium. Клетки сальмонеллы лизировали путем смешивания 50 мкл образца, 50 мкл ATL-буфера, 5 мкл раствора протеиназы K и 50 мкл AL-буфера и инкубировали при 56 °C. в течение 10 мин, затем загружали аликвоты на чип. Проводили две промывки и элюцию (объемы 150, 150 и 50 мкл соответственно) и после этого оценивали концентрацию очищенной ДНК. Для сравнения эффективности авторы экстрагировали ДНК S. typhimurium с использованием мини-набора QIAamp DNA (Qiagen, Германия). (В этом наборе для захвата ДНК используется мембрана из силикагеля.) Авторы испытали разные режимы, и в наилучшем случае эффективность захвата ДНК достигла 70% по сравнению с эталоном, причем вся процедура заняла менее минуты. Амплификация гена InvA S. typhimurium с помощью количественной ПЦР подтвердила чистоту и сохранность ДНК, полученной на чипе.

Хотя система имела более низкую производительность, чем традиционный набор для выделения ДНК, исследователи считают, что голосовое управление и портативность дают ей преимущество.

Самая быстрая диагностика