Fourplex Detection of Pathogenic Bacteria in Water by An Integrated Sample Processing System

نوعية حياتنا تعتمد بشكل كبير على الموارد المائية. ولذلك فإن الكشف عن البكتيريا المسببة للأمراض والخلايا والكائنات الدقيقة والجزيئات في محلول المياه له أهمية قصوى في دراسات المياه والبيئة. يجب أن تعمل خوارزمية الكشف المثالي والجهاز عند معدل إنتاج عالٍ، وتتضمن تصميمًا بسيطًا، وتجنب استهلاك الطاقة، والعمل بدون تدفق غمد مخفف، وإجراء الكشف والفصل بدقة عالية. ومع ذلك، فإن الطرق المتاحة حاليًا مثل تجزئة التدفق المقرمش والترشيح الهيدروديناميكي والفلت المغناطيسية والتشريد الجانبي الحتمي لا تتوافق إلا مع عدد قليل من الخصائص المذكورة أعلاه. في هذا المشروع، نقترح تطوير طريقة هجينة تجمع بين الخبرة في مجالات مختلفة لاستنباط طريقة تجزؤ مغناطيسي هيدروديناميكي وعالي الإنتاجية وأخيرًا تطوير نظام تحضير العينات على نطاق صغير للكشف السريع عن مسببات الأمراض المستهدفة في المياه السطحية. سوف نقوم بدمج النظام في تقنية الكشف عن التشويش القابلة للحمل والتي يمكن نشرها ميدانيًا. يتناول هذا النهج الحاجة الماسة لتطوير تكنولوجيات يمكنها الكشف عن بكتيريا معينة في الماء دون الحاجة إلى زراعة حيث لها أهمية كبيرة بالنسبة للكويت ويتم إبرازها في دراسات أخرى حول الموارد المائية في الكويت. هذه التقنية لديها إمكانية كبيرة لفصل جزيئات متعددة ويمكن استخدامها في صناعات أخرى مثل صناعة النفط وصناعة الأغذية.

The quality of our life is significantly dependent on water resources. Detection of pathogenic bacteria, cells, and particles in the water solution is therefore of paramount importance in water and environmental studies. An ideal detection algorithm and device should work at high throughput, involve simple design, avoid energy consumption, operate without a diluting sheath flow and perform detection and separation with high accuracy. However, currently available methods such as pinched flow fractionation, hydrodynamic filtration, magnetophoresis and deterministic lateral displacement meet only a few of the above-mentioned characteristics. In this grant, we propose to develop a hybrid method combining expertise in different fields to devise a sheathless and high-throughput Magneto-Hydrodynamic Fractionation method and finally to develop a small-scale sample preparation system for rapid detection of target pathogens in surface water. We will integrate the system into a portable and field-deployable disruptive detection technology. This approach addresses an acute need for development of technologies that can detect specific bacteria in water without a need for culturing which is of great importance for Kuwait and is highlighted in other studies of water resources in Kuwait. This technique has a great potential for separation of multiple particles and can be used in other industries such as oil and food processing industry, as well.