Gefaltetes Papier schafft ein tragbares Labor für Feldlabortests
Die Überwachung und Verfolgung biologischer Bedrohungen oder Epidemien erfordert die Fähigkeit, medizinische und labortechnische Tests vor Ort während einer Katastrophe oder in anderen schwierigen Situationen durchzuführen. Teure Laborgeräte sind in diesen Umgebungen oft nicht verfügbar, so dass eine kostengünstige Point-of-Care-Technologie erforderlich ist.
Dieses Bild ist ein achematisches Detail der Herstellung von flüssig verschmolzenen Polymeroberflächen mit 3D-Geometrien zur Lokalisierung und Konzentration von Bakterienproben.
Daniel Regan, University of Maine
Normales Papier wird in solchen Situationen oft verwendet, da es billig, tragbar und weit verbreitet ist. Papier stellt jedoch einige Probleme dar, die seinen Nutzen beeinträchtigen. In einer Ausgabe von Biointerphases, von AIP Publishing, berichten Forscher der University of Maine über eine Technik, die die Leistung von papierbasierten Point-of-Care-Technologien erheblich verbessert.
"Papier ist eine biologisch abbaubare Ressource, die uns helfen kann, mehr zukünftige Herausforderungen anzugehen, als wir denken", sagte Co-Autorin Caitlin Howell.
In ihrer Forschung beschichteten die Autoren kostengünstiges Papier mit einer dünnen Silikon-Polymer-Schicht, die mit einer ungiftigen Silikonflüssigkeit angereichert war, und falteten das beschichtete Papier dann zu präzisen Geometrien, wodurch sich im Feldeinsatz deutlich verbesserte Geräte zur Konzentration und Prüfung biologischer Proben entwickelten. Obwohl gefaltetes Papier in der Vergangenheit zur Herstellung kostengünstiger, tragbarer Feldtestgeräte verwendet wurde, ist es fast immer auf Oberflächenspannung angewiesen, um Flüssigkeit durch Papierfasern zu transportieren.
Da diese Fasern im Durchmesser und in der Länge stark variieren, kann es zur Abgabe inkonsistenter Flüssigkeitsmengen an den Detektor kommen, und Verluste von bis zu 50% der Flüssigkeitsprobe in die Poren des Papiers sind häufig. Außerdem sind die Papierporen klein und verhindern den Fluss großer Partikel wie Blutzellen und Mikroben, was die Genauigkeit der Tests erheblich beeinträchtigt.
Um diesen Problemen zu begegnen, bildet das beschichtete Papier eine rutschige Deckschicht, die verhindert, dass biologische Materialien, wie z.B. Bakterien, dauerhaft auf dem Papier haften bleiben und Tropfen abrutschen lassen, ohne Spuren von Flüssigkeit zu hinterlassen. Es kann zu kleinen Bechern gefaltet werden, um flüssige Proben aufzunehmen.
Das beschichtete Papier arbeitete viel effizienter und zuverlässiger als trockenes, unbeschichtetes Papier, unabhängig von der Art des verwendeten Papiers, sowohl in Bezug auf die Art und Weise, wie die Tröpfchen verdampft sind, als auch auf die Art und Weise, wie sie leicht vom Papier gleiten.
Ein weiterer Test umfasste Proben von lebenden Bakterien, E. coli und Staphylococcus aureus, die in die Papierbecher gelegt und erhitzt wurden, um die Proben zu konzentrieren und zu kultivieren. Beschichtetes Papier schneidet bei E. coli viel besser ab als Normalpapier, mit einer fast verdreifachten Anzahl von Bakterien in den beschichteten Papierbechern im Vergleich zu Trockenbechern. Die Ergebnisse für S. aureus waren jedoch nicht ganz so gut, so dass weitere Untersuchungen erforderlich sein werden.
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