Конструкция центрифуги из HDD (вверху) и список реагентов для тестирования (внизу)
Если у человека появляются симптомы простуды, то в первую очередь возникает вопрос: какой именно вирус проявляет активность? Это обычный грипп или ковид? Cимптомы примерно одинаковые, поэтому требуется тестирование.
Например в США ковид-тесты рассылают гражданам бесплатно. Но в более бедных странах нет таких ресурсов, а для массового мониторинга населения желательно постоянное и многократное тестирование всех групп риска. К сожалению, кое-где инфраструктура для тестирования на SARS-CoV-2 оставляет желать лучшего. В некоторых районах тесты вообще не доступны. Это и есть главная причина появления таких устройств, как мобильная лаборатория SARS-CoV-2 в рюкзаке, со старым HDD на 7200 RPM в качестве центрифуги.
Петлевая изотермическая амплификация
Для лабораторного теста в данном случае используется техника LAMP (loop-mediated isothermal amplification), то есть петлевой изотермической амплификации.
Если вкратце, LAMP амплифицирует последовательности нуклеиновых кислот без дорогостоящего оборудования для термоциклирования. Поэтому он существенно дешевле и быстрее, чем всем известная полимеразная цепная реакция (ПЦР).
В комплект портативной лаборатории входит центрифуга, изготовленная из старого жёсткого диска. Внутри неё размещается ротор, напечатанный на 3D-принтере. В комплекте также плата Arduino для управления двигателем и контроля скорости, а также литий-ионный аккумулятор.
Полный список компонентов, ссылки на детали с указанием цены, а также инструкцию по сборке устройства см. здесь:
Центрифуга рассчитана на работу от любого источника постоянного тока 12 В, то есть при необходимости лаборатория может питаться от автомобильного аккумулятора или солнечной батареи. В связи со своим компьютерным происхождением центрифуга получила называние CentriDrive.
Для считывания показаний используется индикатор pH, который меняет цвет в зависимости от того, какова концентрация SARS-CoV-2 в образце: от красного (ноль экземпляров вируса) до оранжевого.
Пошаговая схема реакции LAMP
Реакция основана на простом принципе. В щелочных условиях и при высокой температуре мембраны и белки быстро денатурируют, в то время как ковалентно связанная циркулярная плазмидная ДНК остаётся неповреждённой. Время тестирования менее 90 минут.
Как работает LAMP
Используемый здесь метод требует проведения более тщательной процедуры, чем простой экспресс-тест, который продаётся в супермаркетах или бесплатно раздаётся правительством. И он несколько более субъективен, чем ПЦР. Но такой тест проще провести, чем ПЦР. А портативность, простота конструкции и дешевизна набора могут сделать его важным инструментом в борьбе с этой или следующей пандемией. Стоимость материалов для сборки самодельной лаборатории составляет $51. Себестоимость самой центрифуги всего $28.
Конечно, метод LAMP можно использовать для амплификации любых нуклеиновых кислот, не только COVID-19. Стоимость реагентов для одного теста примерно $3,5. Как сказано в заключении научной работы, производитель может продавать тестовые наборы коммерческим лабораториям по оптовой цене $7–24 за набор (из шести тестов).
Мобильную лабораторию разработали учёные из Лондонского университета королевы Марии. Научная статья с описанием прибора опубликована 26 января 2022 года в журнале PLOS One (doi: 10.1371/journal.pone.0259886).
