رولات شرائط ورقية قابلة للتمزيق بتدفق رأسي للاختبارات النوكليوتيدية متعددة الأغراض وقابلة للتوسع عند نقاط الرعاية

اختبارات مختبرية أسرع في أي مكان

الحصول على نتيجة مخبرية دقيقة لالتهابات مثل فيروس نقص المناعة البشرية أو التهاب الكبد عادةً ما يتطلب إرسال عينة دم إلى مستشفى مجهز جيدًا والانتظار لأيام للحصول على النتائج. تصف هذه الورقة نظامًا منخفض التكلفة وفي حجم الجيب يحول هذا النوع من الاختبارات إلى إجراء بسيط يكاد يكون خطوة واحدة يمكن إجراؤها في الموقع، باستخدام شيء يشبه ويتصرف قليلاً مثل لفة شريط. الهدف هو إتاحة اختبارات دقيقة للحمض النووي والريبونوكلييك للمرافق الصحية، وسيارات الإسعاف، والقرى النائية التي تفتقر إلى كهرباء موثوقة أو مختبرات متقدمة.

نوع جديد من شريط الاختبار

جوهر الاختراع هو جهاز «شريط ورقي بتدفق رأسي» (VFPT). بدلاً من شريط الاختبار المألوف حيث يتسرب السائل أفقياً على طول مسار مطبوع، يقوم هذا التصميم بتكديس وسادات دائرية صغيرة من الورق والغشاء في طبقات، ثم يلف العديد من هذه الوحدات إلى لفة تشبه الشريط. يحتوي كل اختبار على أربعة وسادات أساسية: وسادة تحجز خلايا الدم والفضلات غير المرغوب فيها، ووسادة تلتقط المادة الوراثية مثل الدنا أو الرنا الفيروسي، وعدة وسادات تعمل كغرف تفاعل، ووسادة لامتصاص السائل المهدور. يكفي للعامل الصحي أن يمزق قطعة قصيرة من اللفة، ويطويها على خطوط محددة مسبقًا، ليحصل على اختبار واحد قابل للتصرف لمريض واحد.

السماح للجاذبية بالقيام بالعمل

تعتمد اختبارات الورق التقليدية على التدفق الجانبي. هذا التحرك الجانبي يميل إلى تشويه الجزيئات، والتسبب في تكتل عند الحواف، ويحد من عدد الأشياء المختلفة التي يمكن فحصها في وقت واحد. يستخدم VFPT بدلاً من ذلك التدفق الرأسي: تُسقط العينة من الأعلى، وتسحبها الجاذبية مباشرةً عبر الوسادات المكدسة. يبين المؤلفون، من خلال النمذجة الرياضية والتجارب، أن هذا النهج الرأسي يحرك السوائل أسرع بعدة مرات ويحمل الجزيئات أبعد وبشكل أكثر انتظامًا مقارنةً بالتدفق الجانبي. يقلل هذا من الالتصاق العشوائي بالورق، ويتجنب الرواسب على شكل حلقات، ويضاعف تقريبًا المسافة التي يمكن أن تقطعها أنواع الجزيئات المختلفة عبر الطبقات المتراكبة، وكل ذلك يعزز الحساسية والموثوقية.

من قطرة دم إلى جواب جيني

لتحويل الشريط إلى نظام اختبار كامل، يجمع الفريق بينه وبين صندوق صغير يعمل بالبطارية وهاتف ذكي. أولاً، يضاف الدم المختلط بمحلول كيميائي بسيط إلى VFPT المطوي. تحجز وسادة المرشح العلوية الخلايا والفضلات، بينما تحتفظ وسادة الالتقاط أدناه بالمادة الوراثية المحررة. يستمر السائل المهدور إلى الوسادة السفلية. بعد خطوة غسيل قصيرة، تُقلب وسادة الالتقاط بحيث يُشطف الدنا أو الرنا المخزن إلى عدة وسادات كشف، كل واحدة مهيأة لاستهداف مختلف—مثل فيروس نقص المناعة البشرية، التهاب الكبد B، التهاب الكبد C، وضابط داخلي. تُضغط هذه الوسادات بعد ذلك على الصندوق المحمول، الذي يسخّنها برفق ويضيء ضوءًا فوق بنفسجيًا لتحفيز تفاعل نسخ الدنا الذي يعمل عند درجة حرارة ثابتة.

قراءة النتيجة بالضوء

تنتج طريقة نسخ الدنا المستخدمة، والمعروفة بالتضخيم متساوي الحرارة، كميات كبيرة من المادة الوراثية مزدوجة الشريط عند وجود هدف. يضيء صبغ فلوري في التفاعل بشكل أكثر كلما تم إنتاج المزيد من الدنا. بدلًا من استخدام جهاز مخبري مكلف لقراءة هذا الوميض، يعتمد النظام على كاميرا هاتف ذكي مقرونة بتطبيق بسيط. يلتقط الهاتف صورًا للبقع المتوهجة عبر فلتر بصري، ويحوّل التطبيق السطوع إلى رقم يعكس كمية الفيروس في العينة الأصلية. عبر نطاق واسع من التركيزات، يتتبع هذا السطوع بشكل وثيق قيماً مماثلة لنتائج PCR المخبري القياسية.

الأداء الواقعي والواعد

في اختبارات على أكثر من 200 عينة بلازما مرضية تغطي عدوى فيروس نقص المناعة البشرية والتهاب الكبد B والتهاب الكبد C، اكتشفت منصة VFPT ما يصل إلى مئات النسخ الفيروسية لكل ملليمتر—مستوى يقارن بالعديد من الطرق السريرية وبوضوح أفضل من شرائط الورق الشائعة. تجاوزت الحساسية والنوعية لكل الثلاثة إصابات حوالي 90 في المائة عند المقارنة المباشرة مع نتائج PCR في المستشفى. وبما أن الأجهزة القائمة على الشريط تكلف نحو عشرة سنتات لكل وحدة، ويمكن تصنيعها بكميات كبيرة عبر تصنيع لفة تلو الأخرى، وتعمل بواسطة بطارية قابلة للشحن وهاتف ذكي صغير، فإن النظام مناسب جيدًا للعيادات ذات الميزانيات المحدودة، وبرامج الفحص المتنقلة، وبيئات تفشي المرض حيث يمكن للإجابات السريعة والموثوقة أن توجه علاجًا ينقذ الأرواح.

الاستشهاد: Shi, S., Wang, Z., Yao, Y. et al. Vertical-flow tearable paper-tape rolls for scalable multiplexed point-of-care nucleic acid testing. Microsyst Nanoeng 12, 120 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01172-w

الكلمات المفتاحية: تشخيص عند نقطة الرعاية, ميكروفلويديات ورقية, اختبار بتدفق رأسي, اختبارات الأحماض النووية, الكشف عن HIV HBV HCV