طور فريق بحثي مكون من دايغو ناتسوهارا، طالب دكتوراه في السنة الأولى، والأستاذ تاكايوكي شيباتا وآخرين من قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة تويوهاشي للتكنولوجيا، بالإضافة إلى الأستاذ هيروتاكا كانوكا وزملائه من كلية الطب بجامعة جيكي، شريحة ميكروفلويديك قادرة على التشخيص المتزامن لكوفيد-19 والإنفلونزا. اعتمد الباحثون نموذجًا نظريًا للتحكم في تدفق السوائل الدقيقة عبر تصميم بسيط جدًا للقنوات الصغيرة، ووضعوا نظرية تصميم مثالية لشرائح الميكروفلويديك. علاوة على ذلك، باستخدام الجهاز المطور، أجروا تجارب تضخيم جيني لأربعة أمراض معدية بما في ذلك كوفيد-19، وأظهروا إمكانية إجراء تشخيص سريع ومتعدد في غضون 30 دقيقة. ويمكن استخدام هذا الجهاز للتشخيص الجيني في مجالات متعددة مثل الزراعة، وتربية الحيوان، وتربية الأسماك، وصناعة الأغذية، والرعاية الصحية والطبية، وليس فقط في تشخيص الأمراض المعدية لدى البشر.
كما أظهر جائحة كوفيد-19 العالمي، تسببت الأمراض الفيروسية في قلق عام هائل وكان لها تأثير كبير على النشاط الاقتصادي. في هذا البحث، كجزء من التقنيات الداعمة لحياة آمنة ومأمونة، طور الفريق تقنية تشخيصية تتيح لأي شخص، في أي مكان وزمن، الكشف عن الفيروسات بطريقة سريعة وبسيطة ومنخفضة التكلفة. وتعد طريقة LAMP (التضخيم المتساوي الحرارة باستخدام الحلقة)1 تقنية اختبار جيني سهلة لا تتطلب أجهزة تحكم دقيقة في درجة الحرارة المرتفعة مثل PCR، مما يتيح إجراء الاختبار في الموقع عبر تضخيم الجين عند درجة حرارة ثابتة (\(60\text{–}65\,^\circ\mathrm{C}\)) لمدة 30 دقيقة إلى ساعة تقريبًا. ومع ذلك، يستلزم تشخيص أنواع متعددة من الفيروسات في الطرق التقليدية من LAMP جهدًا كبيرًا في تحضير العينات والكواشف وإجراء تفاعلات تضخيم منفصلة لكل محلل، الأمر الذي يتطلب خبرة فنية عالية. وللتغلب على ذلك، ابتكر فريق البحث من جامعة تويوهاشي للتكنولوجيا وجامعة جيكي جهاز تشخيص جيني متعدد يعتمد على بولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS) (الحجم: 45 مم × 25 مم، غرف التفاعل: 3 ميكرولتر × 5 قطع) باستخدام تقنية شريحة الميكروفلويديك. يقوم الجهاز بتوزيع العينات والكواشف بشكل مستقل ومتساوٍ ودقيق في غرف التفاعل بمجرد إدخال المزيج من العينة المنقولة من المحللات والكاشف. ثم يُسخَّن الجهاز في ماء دافئ (\(60\text{–}65\,^\circ\mathrm{C}\) لمدة 30 دقيقة إلى ساعة تقريبًا) ليتم التشخيص المتزامن لأنواع متعددة من الفيروسات في عملية واحدة لكل عينة. وتظهر نتائج التشخيص الجيني في الشكل اكتشاف أربعة أمراض معدية بما في ذلك كوفيد-19 والإنفلونزا الموسمية A، وفيروس سارس، والإنفلونزا H1N1 pdm09 بنجاح. وهنا، فقط غرف التفاعل التي احتوت على جين الفيروس المعني تحولت لونها إلى الأزرق السماوي بعد 30 دقيقة، مما يوضح إمكانية الكشف البصري. كذلك، لدعم إجراء الاختبارات في الموقع، طور الفريق تطبيقًا للهواتف الذكية بالتعاون مع شركة OptTech LLC. (تويوهاشي، آيتشي؛ أسسه خريج من الجامعة)، يقوم بتحليل صور كاميرا الهاتف تلقائيًا لتحديد النتائج (إيجابي أو سلبي). وبمجرد وضع الجهاز بعد تفاعل LAMP تحت ضوء LED بسيط والتقاط الصور، يمكن لأي شخص الحصول على نتيجة الاختبار بسهولة وفي أي مكان وزمان.
في المستقبل، يعتزم فريق البحث، بهدف تسويق الجهاز، تطوير أجهزة قادرة على تشخيصٍ سريع ومتزامن للأمراض المعدية البشرية لمواكبة المستجدات الصحية وضمان حياة أكثر أمانًا خلال وبعد جائحة كوفيد-19. كما سيعمل على توفير تقنيات تساهم في سلامة وأمن الغذاء من خلال الكشف المتزامن المتعدد عن مسببات الحساسية الغذائية (سبعة مكونات محددة: القمح، الصويا، الفول السوداني، البيض، الحليب، الجمبري، وسرطان البحر) بالإضافة إلى الميكروبات الممرضة (مثل السالمونيلا وO-157).
Lab on a Chip 10.