Ingenjörer vid McKelvey School of Engineering vid Washington University i St. Louis har fått federal finansiering för ett snabbt COVID-19-test med hjälp av en nyutvecklad teknik.

Srikanth Singamaneni, professor i maskinteknik och materialvetenskap, och hans team har utvecklat en snabb, mycket känslig och exakt biosensor baserad på en ultraljus fluorescerande nanoprobe, som har potential att breda ut.

Kallas plasmonisk fluor, den ultralätta fluorescerande nanoprobe kan också hjälpa under resursbegränsade förhållanden eftersom det kräver färre komplexa instrument för att läsa resultaten.

Singamaneni antar att deras plasmonfluorbaserade biosensor kommer att vara 100 gånger mer känslig jämfört med den konventionella SARS-CoV-2-antikroppsdetekteringsmetoden. Ökad känslighet skulle göra det möjligt för kliniker och forskare att lättare hitta positiva fall och minska risken för falska negativ.

Plasmonic-fluor fungerar genom att öka fluorescenssignalen till bakgrundsbrus. Tänk dig att försöka fånga eldflugor ute på en solig dag. Du kan netto en eller två, men mot solens bländning, de där små buggarna är svåra att se. Vad händer om dessa eldflugor hade samma ljusstyrka som en kraftfull ficklampa?

Plasmonic-fluor ökar effektivt ljusstyrkan hos fluorescerande etiketter som används i en mängd olika metoder för biosensor och bioimaging. Förutom COVID-19-testning, det kan eventuellt användas för att diagnostisera, till exempel, att en person har fått en hjärtinfarkt genom att mäta nivåerna av relevanta molekyler i blod- eller urinprov.

Med hjälp av plasmonisk fluor, som består av guldnanopartiklar belagda med konventionella färgämnen, forskare har kunnat uppnå upp till 6, 700 gånger ljusare fluorescerande nanolmärke jämfört med konventionella färgämnen, vilket kan leda till tidig diagnos. Med denna nanolmärke som en ultraljus ficklampa, de har visat detektering av extremt små mängder målbiomolekyler i biofluider och till och med molekyler som finns på cellerna.

Studien publicerades i 20 april -numret av Natur Biomedicinsk teknik .

Guldnanopartiklar fungerar som fyrar

I biomedicinsk forskning och kliniska laboratorier, fluorescens används som en ledstjärna för att se och följa målbiomolekyler med precision. Det är ett oerhört användbart verktyg, men det är inte perfekt.

"Problemet med fluorescens är, i många fall, det är inte tillräckligt intensivt, "Sa Singamaneni. Om den fluorescerande signalen inte är tillräckligt stark för att sticka ut mot bakgrundssignaler, precis som eldflugor mot solens bländning, forskare kanske saknar att se något mindre rikligt men viktigt.

"Att öka ljusstyrkan på ett nanolmärke är extremt utmanande, "sa Jingyi Luan, huvudförfattare till tidningen. Men här, det är guldnanopartikeln som sitter i mitten av plasmonfluor som verkligen gör arbetet med att effektivt göra eldflugorna till ficklampor, så att säga. Guldnanopartikeln fungerar som en antenn, starkt absorberande och spridande ljus. Det högkoncentrerade ljuset tras in i fluoroforen placerad runt nanopartikeln. Förutom att koncentrera ljuset, nanopartiklarna påskyndar fluoroforernas utsläppshastighet. Tagen tillsammans, dessa två effekter ökar fluorescensemissionen.

Väsentligen, varje fluorofor blir en mer effektiv fyr, och de 200 fluoroforer som sitter runt nanopartikeln avger en signal som är lika med 6, 700 fluoroforer.

Förutom att detektera låga mängder molekyler, avkänningstiden kan förkortas med hjälp av plasmonfluor eftersom ljusare fyrar betyder att färre fångade proteiner behövs för att bestämma deras närvaro.

Forskarna har också visat att plasmonisk fluor möjliggör detektion av flera proteiner samtidigt. Och i flödescytometri, plasmonic-fluors ljusare effekt möjliggör en mer exakt och känslig mätning av proteiner på cellytan, vars signal kan ha begravts i bakgrundsbruset med traditionell fluorescerande märkning.

Det har gjorts andra ansträngningar för att förbättra fluorescerande märkning vid bildbehandling, men många kräver användning av ett helt nytt arbetsflöde och mätplattform. Förutom plasmonisk fluors förmåga att kraftigt öka känsligheten och minska avkänningstiden, det kräver inga ändringar av befintliga laboratorieverktyg eller tekniker.

Tekniken har licensierats till Auragent Bioscience LLC av Washington University's Office of Technology Management. Auragent håller på att vidareutveckla och skala upp produktionen av plasmonfluorer för kommersialisering.