Поскольку пандемия COVID-19 продолжает распространяться по всему миру, тестирование остается ключевой стратегией отслеживания и сдерживания вируса. Биоинженер Маха Алафиф совместно с группой ученых разработала быстрый чувствительный тест в виде бумажного электрохимического датчика. Он может обнаружить вирус у человека за пять минут. Возглавил команду исследователей профессор Дипанджан Пан. Об открытии было сообщено в издании ACS Nano.
Применяемые ныне методы тестирования COVID-19
На рынке существует две широко используемые категории тестов COVID-19. Но, не один из них не дает быстрых результатов.
Первая категория – это стратегия обратной транскриптазной полимеразной цепной реакции (РТ-ПЦР). Существенным недостатком этого метода является количество времени, необходимое для завершения теста. Также возникает потребность в специально обученном персонале, наличии оборудования и химических реагентов.
Вторая категория методов тестирования фокусируется на выявлении антител. Недостаток методики в том, что, может потребоваться время. Иногда ожидание результата может затянуться до нескольких недель.
Точечные биосенсоры для быстрых тестов
Исследователи разработали точечные биосенсоры с использованием 2D-наноматериалов (в частности графена), для проведения быстрых тестов на наличие заболеваний. Среди основных преимуществ графеновых биосенсоров отмечается их чувствительность, низкая стоимость и почти мгновенный результат.
«Открытие графена восзнаменовало новую эру развития сенсоров благодаря его свойствам. Графен обладает уникальными механическими и электрохимическими свойствами, что делает его идеальным для разработки чувствительных электрохимических датчиков», – сказал Алафиф.
Биосенсор на базе графена с электрической считывающей установкой для селективного обнаружения присутствия генетических компонентов SARS-CoV-2 стал настоящим прорывом, который позволит проводить быстрые тесты на коронавирус.
Устройство и принцип работы быстрого теста на коронавирус
Для выявления присутствия вирусной РНК в конструкции биосенсора предусмотрена платформа и зонды. Основные материалы изготовления системы – графен и наночастицы золота. Именно сочетание этих материалов позволяет добиться проведения быстрых тестов на коронавирус.
Современные тесты COVID-19 на основе РНК 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 быстрого теста на коронавирус.
Кроме того, золотые наночастицы (AuNP) покрыты этими одноцепочечными нуклеиновыми кислотами (ssDNA), которые представляют собой сверхчувствительный чувствительный зонд для РНК SARS-CoV-2.
Контакт вирусной РНК с зондами провоцирует изменение электрического отклика сенсора. Колпачки AuNP ускоряют передачу электронов и при трансляции через чувствительную платформу приводят к увеличению выходного сигнала и указывают на присутствие вируса.
Проверка на работоспособность быстрого теста на коронавирус
Команда проверила работоспособность этого датчика, используя заведомо положительные и отрицательные образцы биологического материала. Результаты испытания оказались успешными. У зараженных ковидом образцов датчик подтвердил наличие частиц SARS-CoV-2 в течении пяти минут.
Кроме того, датчик показал способность дифференцировать вирусные нагрузки РНК. Это является важным количественным показателем прогрессирования инфекции и сложной задачей для измерения с использованием существующих методов диагностики.
Новая система быстрого тестирования на вирусы имеет далеко идущие перспективы. Датчик, интегрированный со специальными экранами или со смартфоном посредством Bluetooth или Wi-Fi подключения, может быть использован непосредственно в кабинете врача или даже на дому у пациента.
Помимо быстрого теста на COVID-19, группа разработчиков теста также предполагает, что система может быть адаптирована для обнаружения многих других заболеваний.