Бумажный электрохимический датчик может обнаружить COVID-19 менее чем за пять минут

Paper-based electrochemical sensor can detect COVID-19 in less than five minutes0

Иллинойский университет

Электрохимическая сенсорная платформа COVID-19

Newswise — поскольку пандемия COVID-19 продолжает распространяться по всему миру, тестирование остается ключевой стратегией отслеживания и сдерживания вируса. Аспирантка по биоинженерии Маха Алафиф совместно разработала быстрый сверхчувствительный тест с использованием бумажного электрохимического датчика, который может обнаружить присутствие вируса менее чем за пять минут. Команда под руководством профессора Dipanjan Пан сообщили их заключения в ACS нано.

«В настоящее время мы переживаем событие, которое раз в столетие меняет жизнь»,-сказал Алафиф. «Мы реагируем на эту глобальную потребность на основе целостного подхода, разрабатывая междисциплинарные инструменты для раннего выявления, диагностики и лечения торс-ков-2.»

На рынке существует две широкие категории тестов COVID-19. Первая категория использует обратную транскриптазную полимеразную цепную реакцию в реальном времени (от-ПЦР) и стратегии гибридизации нуклеиновых кислот для идентификации вирусной РНК. Современные диагностические тесты, одобренные FDA, используют этот метод. Некоторые недостатки включают в себя количество времени, необходимое для завершения теста, потребность в специализированном персонале и наличие оборудования и реагентов.

Вторая категория тестов фокусируется на выявлении антител. Тем не менее, может быть задержка от нескольких дней до нескольких недель после того, как человек подвергся воздействию вируса, чтобы они могли произвести обнаруживаемые антитела.

В последние годы исследователи добились определенных успехов в создании биосенсоров, использующих двумерные наноматериалы, такие как графен, для обнаружения заболеваний. Основными преимуществами биосенсоров на основе графена являются их чувствительность, низкая стоимость производства и быстрый оборот обнаружения. «Открытие графена открыло новую эру развития сенсоров благодаря его свойствам. Графен обладает уникальными механическими и электрохимическими свойствами, которые делают его идеальным для разработки чувствительных электрохимических датчиков», — сказал Алафиф. Команда создала электрохимический биосенсор на основе графена с электрической считывающей установкой для селективного обнаружения присутствия генетического материала SARS-CoV-2.

Этот биосенсор состоит из двух компонентов: платформы для измерения электрического считывания и зондов для обнаружения присутствия вирусной РНК. Чтобы создать платформу, исследователи сначала покрыли фильтровальную бумагу слоем графеновых нанопластинок, чтобы создать проводящую пленку. Затем они поместили золотой электрод с заданной конструкцией поверх графена в качестве контактной площадки для электрического считывания. И золото, и графен обладают высокой чувствительностью и проводимостью, что делает эту платформу сверхчувствительной для обнаружения изменений электрических сигналов.

Современные тесты на основе РНК COVID-19 проверяют наличие N-гена (нуклеокапсидного фосфопротеина) в вирусе SARS-CoV-2. В этом исследовании команда разработала антисмысловые олигонуклеотидные зонды (ASOs), нацеленные на две области N-гена. Нацеливание на две области обеспечивает надежность сеньора в случае, если одна область подвергается мутации гена. Кроме того, золотые наночастицы (AuNP) покрыты этими одноцепочечными нуклеиновыми кислотами (ssDNA), которые представляют собой сверхчувствительный чувствительный зонд для РНК SARS-CoV-2.

Исследователи ранее показали чувствительность разработанных сенсорных зондов в своей более ранней работе, опубликованной в журнале ACS Nano. Гибридизация вирусной РНК с этими зондами вызывает изменение электрического отклика сенсора. Колпачки AuNP ускоряют перенос электронов и при трансляции через сенсорную платформу приводят к увеличению выходного сигнала и указывают на присутствие вируса.

Команда проверила работу этого датчика, используя положительные и отрицательные образцы COVID-19. Датчик показал значительное увеличение напряжения положительных образцов по сравнению с отрицательными и подтвердил наличие вирусного генетического материала менее чем за пять минут. Кроме того, сенсор был способен дифференцировать вирусные нагрузки РНК в этих образцах. Вирусная нагрузка является важным количественным показателем прогрессирования инфекции и сложной задачей для измерения с использованием существующих методов диагностики.

Эта платформа имеет далеко идущие приложения благодаря своей портативности и низкой стоимости. Датчик, будучи интегрированным с микроконтроллерами и светодиодными экранами или со смартфоном через Bluetooth или Wi-Fi, может использоваться в пункте оказания медицинской помощи в кабинете врача или даже дома. Помимо COVID-19, исследовательская группа также предвидит, что система будет адаптирована для обнаружения многих различных заболеваний.

«Неограниченный потенциал биоинженерии всегда вызывал у меня огромный интерес своими инновационными трансляционными приложениями», — сказал Алафиф. «Я счастлив видеть, что мой исследовательский проект оказывает влияние на решение реальной проблемы. Наконец, я хотел бы поблагодарить моего доктора философии профессора Дипанджана Пана за его бесконечную поддержку, ученого-исследователя доктора Парикшита Мойтру и научного сотрудника Кетана Диге за их помощь и вклад в успех этого исследования.»

###

СМ. ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Коронавирус-2