Detekujte COVID-19 za méně než 5 minut pomocí elektrochemického senzoru na papíře

Platforma elektrochemických senzorů COVID-19. Zápočet: University of Illinois

Jako COVID-19 pandemie se stále šíří po celém světě, testování zůstává klíčovou strategií pro sledování a udržení viru. Postgraduální student bioinženýrství, Maha Alafeef, vyvinul rychlý, ultrazvukový test pomocí elektrochemického senzoru na papíře, který dokáže detekovat přítomnost viru za méně než pět minut. Tým pod vedením profesora Dipanjana Pana informoval o svých zjištěních v roce ACS Nano.

“V současné době jednou zažijeme událost, která mění život,” řekl Alafeef. „Na tuto globální potřebu reagujeme holistickým přístupem vývojem multidisciplinárních nástrojů pro včasnou detekci a diagnostiku a léčbu pro SARS-CoV-2. “

Na trhu existují dvě široké kategorie testů COVID-19. První kategorie používá polymerní řetězovou reakci reverzní transkriptázy v reálném čase (RT-PCR) a nukleovou kyselina hybridizační strategie k identifikaci virové RNA. Současné diagnostické testy schválené FDA používají tuto techniku. Mezi některé nedostatky patří čas potřebný k dokončení testu, potřeba specializovaného personálu a dostupnost vybavení a reagencií. Druhá kategorie testů se zaměřuje na detekci protilátek. Může však dojít k prodlevě několika dní až několika týdnů poté, co byla osoba vystavena viru, aby mohla produkovat detekovatelné protilátky.

V posledních letech dosáhli vědci určitého úspěchu při vytváření biosenzorů pro péči pomocí 2D nanomateriálů, jako je grafen, k detekci onemocnění. Hlavní výhody grafenBiosenzory jsou založeny na jejich citlivosti, nízkých výrobních nákladech a rychlém obratu. „Objev grafenu otevřel novou éru vývoje senzorů díky jeho vlastnostem. Graphene vykazuje jedinečné mechanické a elektrochemické vlastnosti, díky nimž je ideální pro vývoj citlivých elektrochemických senzorů, “uvedl Alafeef. Tým vytvořil elektrochemický biosenzor na bázi grafenu s elektrickým čtecím zařízením pro selektivní detekci přítomnosti genetického materiálu SARS-CoV-2.

Tento biosenzor má dvě složky: platformu pro měření elektrických hodnot a sondu pro detekci přítomnosti virové RNA. K vytvoření platformy vědci nejprve potáhli filtrační papír vrstvou grafenových nanoplatelet, aby vytvořili vodivý film. Poté umístili zlatou elektrodu předem definované konstrukce na grafen jako kontaktní desku pro elektrické čtení. Zlato i grafen mají vysokou citlivost a vodivost, díky čemuž je tato platforma ultra citlivá k detekci změn elektrických signálů.

Současné testy COVID-19 založené na RNA kontrolují přítomnost N-genu (nukleokapsidový fosfoprotein) ve viru SARS-CoV-2. V této studii tým navrhl antisense oligonukleotidové sondy (ASO) tak, aby cílily na dvě oblasti N-genu. Cílení na dvě oblasti zajišťuje spolehlivost senátora v případě, že jedna oblast podstoupí genovou mutaci. Kromě toho jsou nanočástice zlata (AuNP) potaženy touto jednovláknovou nukleovou kyselinou (ssDNA), která je ultracitlivou sondou citlivosti na SARS-CoV-2 RNA.

Vědci již dříve prokázali citlivost vyvinutých senzorových sond ve své dřívější práci publikované v ACS Nano. Hybridizace virové RNA s těmito sondami způsobuje změnu elektrické odezvy senzoru. AuNP čepice zrychlují přenos elektronů a jsou-li emitovány přes platformu senzoru, vedou ke zvýšení výstupního signálu a indikují přítomnost viru.

Tým testoval výkon tohoto senzoru pomocí pozitivních a negativních vzorků COVID-19. Senzor ukázal významné zvýšení napětí pozitivních vzorků ve srovnání s negativními a potvrdil přítomnost virového genetického materiálu za méně než pět minut. Kromě toho byl senzor schopen rozlišit virovou nálož RNA v těchto vzorcích. Virová zátěž je důležitým kvantitativním ukazatelem pokroku infekce a výzvou k měření pomocí stávajících diagnostických metod.

Tato platforma má dalekosáhlé aplikace díky své přenositelnosti a nízké ceně. Pokud je senzor integrován s mikrokontrolérem a LED obrazovkami nebo se smartphonem přes Bluetooth nebo WiFi, může být použit v pečovatelském domě nebo dokonce doma. Kromě COVID-19 předpokládá výzkumný tým také adaptabilitu systému pro detekci mnoha různých nemocí.

“Neomezený potenciál bioinženýrství vždy vzbudil můj největší zájem s jeho inovativními překladatelskými aplikacemi,” řekl Alafeef. “Jsem rád, že můj výzkumný projekt má dopad na řešení skutečného problému.” Nakonec bych rád poděkoval svému doktorovi vědeckých poradců profesorovi Dipanjanovi Panovi za jeho nekonečnou podporu, výzkumníkovi dr. Parikshit Moitra a výzkumný asistent Ketan Dighe za pomoc a příspěvek k úspěchu této studie. “

Odkaz: „Rychlá, ultrazvuková a kvantitativní detekce SARS-CoV-2 pomocí antisense oligonukleotidem řízeného elektrosenzorického biosenzorového čipu“, Maha Alafeef, Ketan Dighe, Parikshit Moitra a Dipanjan Pan, 20. října 2020, ACS Nano.
DOI: 10,1021 / acsnano.0c06392

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naneste na krém Deep Heat

Podle Experimentální biologie 6. května 2021 Studie odhalila zvýšení aerobního výkonu u sportovců, kteří používali krém s hlubokým teplem bez lékařského předpisu. Hluboké tepelné krémy, které sportovci...

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Byly vyvinuty ploché nudle, které se při vaření transformují do tvaru

CMU Lab vede vývoj nudlí, které se při vaření transformují do tvaru. Fotografický kredit: Carnegie Mellon University Ploché nudle zajišťují udržitelnější balení, přepravu a...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Newsletter

Subscribe to stay updated.