En egenskap hos covid-19-viruset som gör det så svårt att begränsa är att det lätt kan spridas till andra av en person som ännu inte har visat några tecken på infektion. Bäraren av viruset kanske mår bra och gör sitt dagliga arbete – tar med sig viruset till jobbet, till en familjemedlems hem, eller till allmänna sammankomster.

En avgörande del av den globala ansträngningen för att hejda spridningen av pandemin, därför, är utvecklingen av tester som snabbt kan identifiera infektioner hos personer som ännu inte är symtomatiska.

Nu, Caltech-forskare har utvecklat en ny typ av multiplexat test (ett test som kombinerar flera typer av data) med en lågkostnadssensor som kan göra det möjligt att diagnostisera en covid-infektion hemma genom snabb analys av små volymer saliv eller blod, utan inblandning av en läkare, på mindre än 10 minuter.

Forskningen utfördes i Wei Gaos labb, biträdande professor vid Andrew och Peggy Cherngs avdelning för medicinsk teknik. Tidigare, Gao och hans team har utvecklat trådlösa sensorer som kan övervaka tillstånd som gikt, samt stressnivåer, genom upptäckt av extremt låga nivåer av specifika föreningar i blodet, saliv, eller svettas.

Gaos sensorer är gjorda av grafen, en arkliknande form av kol. Ett plastark etsat med en laser genererar en 3D-grafenstruktur med små porer. Dessa porer skapar en stor mängd ytarea på sensorn, vilket gör den tillräckligt känslig för att upptäcka, med hög noggrannhet, föreningar som endast finns i mycket små mängder. I denna sensor, grafenstrukturerna är kopplade med antikroppar, immunsystemmolekyler som är känsliga för specifika proteiner, som de på ytan av ett covid-virus, till exempel.

Tidigare versioner av sensorn var impregnerade med antikroppar mot hormonet kortisol, som är förknippad med stress, och urinsyra, som vid höga koncentrationer orsakar gikt. Den nya versionen av sensorn, som Gao har döpt till SARS-CoV-2 RapidPlex, innehåller antikroppar och proteiner som gör att den kan upptäcka närvaron av själva viruset; antikroppar som skapas av kroppen för att bekämpa viruset; och kemiska markörer för inflammation, som indikerar allvaret av covid-19-infektionen.

"Detta är den enda telemedicinska plattformen jag har sett som kan ge information om infektionen i tre typer av data med en enda sensor, " säger Gao. "Om så lite som några minuter, vi kan samtidigt kontrollera dessa nivåer, så vi får en fullständig bild av infektionen, inklusive tidig infektion, immunitet, och svårighetsgrad."

Etablerad covid-testteknik tar vanligtvis timmar eller till och med dagar att ge resultat. Dessa tekniker kräver också dyra, komplicerad utrustning, medan Gaos system är enkelt och kompakt.

Än så länge, Enheten har endast testats i labbet med ett litet antal blod- och salivprover som tagits för medicinska forskningsändamål från individer som har testat positivt eller negativt för covid-19. Även om preliminära resultat indikerar att sensorn är mycket exakt, ett större test med verkliga patienter snarare än laboratorieprover måste utföras, Gao varnar, för att definitivt fastställa dess noggrannhet.

Med pilotstudien nu avslutad, Gao planerar nästa att testa hur länge sensorerna håller vid regelbunden användning, och att börja testa dem med inlagda covid-19-patienter. Efter tester på sjukhus, han skulle vilja studera testernas lämplighet för hemmabruk. Efter testning, enheten måste erhålla myndighetsgodkännande innan den är tillgänglig för allmän användning hemma.

"Vårt yttersta mål är verkligen hemmabruk, " säger han. "Under följande år, vi planerar att skicka dem till personer med hög risk för testning hemma. Och i framtiden, den här plattformen skulle kunna modifieras för andra typer av testning av infektionssjukdomar hemma."

Uppsatsen som beskriver forskningen, betitlad, "SARS-CoV-2 RapidPlex:En grafenbaserad multiplexerad telemedicinplattform för snabb och lågkostnadsdiagnostik och övervakning av covid-19, " har publicerats online och kommer att dyka upp i decembernumret av tidskriften Materia .