Карманное устройство обнаруживает кишечную палочку за минуты

Исследователи объединили анализатор векторных цепей (VNA) с небольшим сенсором, чтобы создать портативное устройство для быстрого обнаружения бактерий E. coli в воде. Автор: Университет Ватерлоо.

Учёные из Университета Ватерлоо разработали устройство размером с ладонь, которое может спасать жизни и снижать заболеваемость за счёт быстрого и недорогого обнаружения токсичных бактерий в источниках воды.

Согласно исследованию Национальных институтов здравоохранения, загрязнение, вызванное кишечной палочкой (E. coli) — бактерией, обычно обнаруживаемой в желудочно-кишечном тракте млекопитающих, — ежегодно вызывает во всём мире около 230 смертей и 3 миллиона острых заболеваний, в основном поражающих младенцев и маленьких детей.

В своём исследовании, опубликованном в журнале Biosensors and Bioelectronics, команда стремилась помочь снизить эти показатели, развивая технологию, изначально созданную для обнаружения вируса COVID-19 во время глобальной пандемии.

«Мы уверены, что наша технология может оказать значительное влияние на здоровье», — заявила доктор Кэролайн Рен, профессор механической и мехатронной инженерии, а также канадский исследовательский председатель в области микрофлюидных технологий в Университете Ватерлоо.

«Тестирование показывает, что она очень точна как в плане специфичности — способности отличать E. coli от других бактерий — так и чувствительности».

Стоимость производства устройства составляет всего 70 долларов США (~5600 рублей). Оно включает позолоченный сенсор размером примерно с десятицентовую монету, соединённый с платой размером со смартфон, содержащей небольшой прибор, известный как анализатор векторных цепей (VNA).

Сенсор покрыт антителом — типом белка, вырабатываемого иммунной системой, — которое притягивает и связывает E. coli на своей поверхности, если бактерии присутствуют в пробе из нескольких капель воды.

Когда кишечная палочка связывается с антителом, это вызывает сдвиг резонансной частоты микроволн, излучаемых сенсором. Этот сдвиг обнаруживается и анализируется VNA, который в реальном времени определяет как наличие, так и концентрацию бактерий.

Устройство тестировалось всего с несколькими каплями воды в резервуаре, но доктор Рен отметила, что технологию можно легко масштабировать для соответствия международным стандартам по E. coli, которые требуют больших проб.

Текущие тесты на E. coli обычно предполагают сбор и транспортировку проб воды в централизованные лаборатории, что часто приводит к задержкам, занимающим дни и оставляющим людей уязвимыми к заболеваниям.

Рен подчеркнула, что быстрые результаты, низкая стоимость и портативность устройства, созданного в Ватерлоо, делают его идеальным для тестирования на местах в домах и на водоочистных сооружениях, а также для регулярного мониторинга водоёмов на загрязнение.

Его потенциал особенно значим в развивающихся странах, где люди более уязвимы к заражению E. coli, а доступ к лабораторным тестам ограничен. Например, в исследовании в странах Африки к югу от Сахары 71% проб домашней воды оказались загрязнёнными.

«Водные нормативы строги, и быстро внедрить новую технологию сложно, — сказала Рен, которая также является членом Водного института и Института нанотехнологий Ватерлоо. — Мы надеемся, что наша работа вдохновит научное сообщество и частный сектор помочь сделать её широкодоступной».

Больше информации: Weijia Cui et al, A functionalized microwave biosensor for rapid, reagent-free detection of E. coli in water samples, Biosensors and Bioelectronics (2025). DOI: 10.1016/j.bios.2025.117334

Источник: University of Waterloo