RAPID: COVID: Optofluidic sensor array for rapid and sensitive detection of COVID-19 antibodies

RAPID:COVID:光流控传感器阵列,用于快速、灵敏地检测 COVID-19 抗体

基本信息

项目摘要

COVID-19 has caused tens of thousands of deaths and is becoming a severe threat to global health. One of the methods to detect COVID-19 infection, track the treatment effectiveness, and validate successful vaccination, is to measure the antibodies developed in human bodies. Unfortunately, current antibody detection relies on either complicated instruments in a centralized lab which is expensive and takes a long time to get the results, or a paper-based test strip, which, while quick (5-20 minutes), produces only Yes/No results, making this method very easy to generate false positives/negative and impossible to track the patients’ response to infection, treatment, and vaccination. Therefore, a portable device that can rapidly, sensitively, and accurately measure multiple COVID-19 related antibodies is urgently needed to diagnose early infection and monitoring patients’ response. The device in the project is based on a portable microfluidic system to rapidly, accurately, and sensitively measure the antibodies in blood at point-of-care, which allows for the detection of COVID-19 infection and tracking of antibody development in human bodies.The objective of the project is to combine microfluidic laser technology and microfluidic ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) technology to develop rapid and highly sensitive sensor array for multiplexed detection of COVID-19 related IgG and IgM using fingertip blood. There are three tasks: (1) to develop a microfluidic chip to extract serum from whole blood; (2) to integrate the laser sensing technology with traditional fluorescence ELISA to sensitively detect antibodies (IgG and IgM) with a large dynamic range; (3) to test with artificially spiked samples. The device provides the following advantages. (1) Quick turn-around time. It is highly portable and can be used to rapidly screen patients on-site, rather than sending samples to centralized labs. (2) Highly quantitative. This is critical to significantly reducing the false positives/negatives and monitoring the patients’ infection trajectories and response to treatment and vaccination. (3) Highly sensitive and large dynamic range. Combined with the lasing technology, we expect to improve the antibody detection limit 10X with 10X larger dynamic range. Higher sensitivity enables earlier diagnosis of infection, preventing wide disease spread from those asymptomatic patients. A large dynamic range enables to easily track patients’ antibody evolution over time. (4) Highly versatile. The device can be adapted to rapidly detect cytokine release syndrome (CRS), which is one of the death causes in COVID-19 patients.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
Covid-19造成了成千上万的死亡,并对全球健康构成了严重威胁。检测COVID-19感染,跟踪治疗有效性并验证成功疫苗的方法之一是测量人体中开发的抗体。不幸的是,当前的抗体检测取决于集中式实验室中的复杂仪器,这是昂贵的,需要很长时间才能获得结果,或者是基于纸张的测试条,尽管很快(5-20​​分钟)仅产生是/否结果,因此这种方法非常容易产生误报/负面/负面,并且无法跟踪患者对感染,治疗,治疗,和疫苗的反应。因此,迫切需要一种可以快速,敏感和准确测量多种共同抗体的便携式装置,以诊断早期感染和监测患者的反应。该项目中的设备基于便携式微流体系统,可以快速,准确和敏感地测量护理点血液中血液中的抗体,这允许检测到Covid-19的感染和人体中抗体发展的追踪。使用指尖血液开发快速且高度敏感的传感器阵列,用于对CoVID-19相关的IgG和IgM的多路复用检测。有三个任务:(1)开发微流体芯片以从全血中提取血清; (2)将激光传感技术与传统的荧光ELISA整合在一起,以敏感地检测具有较大动态范围的抗体(IgG和IgM); (3)用人为的尖刺样品进行测试。该设备提供以下优势。 (1)快速转弯时间。它是高度便携的,可用于在现场快速筛查患者,而不是将样品发送到集中式实验室。 (2)高度定量。这对于显着减少误报/负面因素并监测患者的感染轨迹以及对治疗和疫苗接种的反应至关重要。 (3)高度敏感且大型动态范围。与激光技术相结合,我们希望在10倍的动态范围内提高抗体检测极限10倍。较高的灵敏度可以早期诊断感染,防止疾病从那些不对称患者中传播出来。大型动态范围使随着时间的推移可以轻松跟踪患者的抗体演化。 (4)高度用途。该设备可以适应迅速检测到COVID-19患者的死亡原因之一的细胞因子释放综合征(CRS)。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子优点和更广泛影响标准的评估来评估的支持。

项目成果

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Rapid and quantitative detection of SARS-CoV-2 specific IgG for convalescent serum evaluation
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2020.112572
  • 发表时间:
    2020-12-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Tan, Xiaotian;Krel, Mila;Fan, Xudong
  • 通讯作者:
    Fan, Xudong
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