SBIR Phase I: A Rapid Portable Biosensor for Field Detection of Vibrio Cholerae in Environmental Water Sources

SBIR 第一阶段:用于现场检测环境水源中霍乱弧菌的快速便携式生物传感器

基本信息

  • 批准号:
    1819970
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-07-01 至 2019-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) project is an inexpensive handheld smartphone device for rapid detection of the toxigenic cholera pathogen in environmental water sources. Contaminated water sources place populations at risk for contracting cholera. Once contracting the disease, patients with cholera exhibit symptoms of diarrhea, vomiting, and dehydration and, if left untreated, ultimately death. Wide-scale cholera outbreaks devastated Haiti in 2010 and Yemen in 2017, affecting over one million total individuals. Currently, methods used to detect the cholera pathogen in water involves a 3 to 5-day water collection and cell culture procedure. This project proposes a portable smartphone platform used to detect the cholera pathogen, Vibrio cholerae, in under 30 minutes at the water source. Smartphone connectivity, will also enable geomapped and time-stamped detection results. This novel and proactive approach for detection can enable organizations to remediate water sources prior to communities contracting and spreading cholera. Downstream, this technology will save the time and costs currently associated with cholera outbreaks and can be expanded to other infectious diseases.This SBIR Phase I project proposes to develop a rapid, cost-effective, and robust smartphone platform to detect Vibrio cholerae and automate the detection result at an environmental water source. The device performs isothermal DNA amplification assay combined with the novel sensing approach, particle diffusometry. This project proposes to characterize the specificity, sensitivity, and lower limit of detection of Vibrio cholerae detection on the smartphone platform. The detection results will be compared against current gold-standard quantitative DNA amplification methods. Further, a reagent storage method involving freeze drying will be used to eliminate the need for cold-chain storage. We will assess the long-term stability of our assay reagents through accelerated aging studies. Lastly, a low powered integrated heating unit will be designed to perform the isothermal DNA amplification assays in the handheld device. At the completion of this Phase I project, an integrated smartphone platform will be ready for field testing.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.
这个小型企业创新研究(SBIR)项目的更广泛影响/商业潜力是一种廉价的手持智能手机设备,用于快速检测环境水源中的致毒霍乱病原体。受污染的水源使人们面临感染霍乱的风险。霍乱患者一旦感染这种疾病,就会出现腹泻、呕吐和脱水的症状,如果不治疗,最终会死亡。2010年海地和2017年也门分别爆发了大规模霍乱疫情,总共影响了100多万人。目前,用于检测水中霍乱病原体的方法包括3至5天的水收集和细胞培养程序。该项目提出了一种便携式智能手机平台,用于在不到30分钟的时间内在水源检测霍乱病原体霍乱弧菌。智能手机连接,还将启用地理地图和时间戳检测结果。这种新颖和主动的检测方法可以使组织能够在社区感染和传播霍乱之前补救水源。在下游,这项技术将节省目前与霍乱爆发相关的时间和成本,并可扩展到其他传染病。这项SBIR第一阶段项目建议开发一个快速、经济高效和强大的智能手机平台,以检测霍乱弧菌,并在环境水源自动检测结果。该装置结合新的传感方法--粒子扩散法进行等温DNA扩增分析。本项目旨在研究在智能手机平台上检测霍乱弧菌的特异性、敏感性和检测下限。检测结果将与目前的金标准定量DNA扩增方法进行比较。此外,将使用包括冷冻干燥的试剂储存方法,以消除对冷链储存的需要。我们将通过加速老化研究来评估我们的检测试剂的长期稳定性。最后,设计了一个低功耗的集成加热单元,用于手持设备中的等温DNA扩增分析。在这个第一阶段项目完成后,一个集成的智能手机平台将准备好进行现场测试。这一奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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