Sprachgesteuertes System für freihändiges, sicheres DNA-Handling

Technologie schützt Forscher vor gefährlichen Proben

03.02.2023 - USA

Intelligente Sprachassistenten sind ein beliebtes Mittel, um schnelle Antworten zu erhalten oder ihre Lieblingsmusik abzuspielen. Dieselbe Technologie könnte das Labor für Wissenschaftler und Techniker, die mit potenziell infektiösen Proben arbeiten, sicherer machen. In der Zeitschrift ACS Sensors berichten Forscher jetzt über ein kleines, sprachgesteuertes Gerät, das bakterielle DNA extrahieren und vorbehandeln kann und damit zum Schutz derjenigen beiträgt, die an vorderster Front mit Krankheitsausbrüchen zu tun haben. Das System könnte auch Wissenschaftlern mit Behinderungen die Durchführung von Studien erleichtern.

Adapted from ACS Sensors 2023, DOI: 10.1021/acssensors.2c01849

Wissenschaftler, die mit Proben arbeiten, die Krankheitserreger enthalten, müssen mit den kleinstmöglichen Mengen arbeiten, um eine versehentliche Infektion zu vermeiden. Und bei hochansteckenden bakteriellen Krankheiten ist die Analyse der Proben vor Ort ideal für schnelle Diagnosen. Darüber hinaus kann es für Wissenschaftler mit Seh- oder anderen körperlichen Einschränkungen schwierig sein, komplexe Instrumente zu bedienen, insbesondere solche, die für winzige Mengen ausgelegt sind. Freihändige Geräte, die durch Sprachbefehle schnell bedient werden können, könnten diesen Prozess einfacher und sicherer machen. Tae Seok Seo und Kollegen wollten daher eine Spracherkennungs-App mit einem miniaturisierten Extraktionssystem kombinieren, um genau das zu erreichen.

Die Forscher bauten zunächst einen Mikrofluidik-Chip mit mehreren Kammern, die durch sechs 3-Wege-Magnetventile miteinander verbunden waren, die von einem Mikrocontroller gesteuert wurden, der mit einem Bluetooth-Modul verbunden war. Das handtellergroße Gerät wog nur 11 Unzen und konnte mit einer tragbaren Batterie oder einem 5-V-Smartphone-Ladegerät betrieben werden. Mithilfe vorhandener Spracherkennungssoftware passte das Team dann eine Smartphone-App an, die auf bestimmte Sprachbefehle hört. Und so funktioniert es:

Sobald ein Benutzer einen der Betriebsbefehle laut ausspricht, sendet die App drahtlos ein Startsignal an den Mikrocontroller.
Nach dem Empfang des Signals startet der Mikrocontroller automatisch eine Reihe von Schritten, darunter das Laden der Probe, das Waschen und die Freigabe der gereinigten DNA in eine Sammelkammer.

Derzeit muss der Benutzer das Smartphone berühren, um die Spracherkennungssoftware zu starten, aber die Forscher sagen, dass der gesamte Vorgang in Zukunft durch den Einsatz einer virtuellen Assistenzsoftware völlig freihändig erfolgen könnte.

In Tests extrahierte das sprachgesteuerte Gerät DNA aus Salmonella Typhimurium und reinigte eine 10-µl-Probe mit einer Effizienz von 70 % in weniger als einer Minute. Obwohl das System eine geringere Leistung als ein herkömmliches DNA-Extraktionskit aufwies, sagen die Forscher, dass die Sprachsteuerung, die Tragbarkeit und die schnelle Automatisierung ihm einen Vorteil für bequeme und sichere bakterielle DNA-Tests verschaffen.

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