Ett tvärvetenskapligt team av forskare från University of Manchester har utvecklat ett nytt grafenbaserat testsystem för sjukdomsrelaterade antikroppar, initialt inriktat på en njursjukdom som kallas Membranös nefropati.

Det nya instrumentet, baserad på principen om en kvartskristallmikrobalans (QCM) i kombination med ett grafenbaserat biogränssnitt, erbjuder en billig, snabb, enkelt och känsligt alternativ till för närvarande tillgängliga antikroppstester.

"Vår forskning har potential att göra antikroppstester för olika sjukdomar mer allmänt tillgängliga, vid vårdpunkten som läkarmottagningar eller vårdhem, snarare än bara i specialiserade testcenter, " sa Dr Aravind Vijayaraghavan, från University of Manchester, vem är den ledande utredaren i detta projekt.

Teamet av samarbetande forskare från hela University of Manchester inklusive, Institutionen för material, National Graphene Institute och Biologiska fakulteten, Medicin och hälsa har publicerat resultaten idag i två öppna artiklar i tidskrifterna ACS-sensorer och Kol .

Forskarna studerade först hur biomolekyler, som proteiner och lipider, adsorbera på ytan av olika typer av grafenmaterial såsom grafenoxid och reducerad grafenoxid, som kännetecknas av olika grader av kemisk modifiering av modergrafenmaterialet.

Baserat på denna studie, de utvecklade en metod för att bilda ett proteinbaserat lager på grafen, som sedan kan funktionaliseras med specifika receptormolekyler för antikroppar. Dessa receptorer säkerställer att endast den riktade antikroppen kommer att binda till grafenytan, och ingenting annat.

Medan detta grafenbiogränssnitt utvecklades med ett kommersiellt kvartskristallmikrobalanssystem, författarna insåg att för att det skulle bli ett allmänt tillgängligt antikroppstestsystem, ett alternativt avläsningsinstrument var viktigt.

Enligt Dr Daniel Melendrez, en forskarassistent vid University of Manchester, "Ett kommersiellt QCM-system kan kosta över £50, 000 och kan inte göras allmänt tillgänglig vid vårdpunkten. Så, vi utvecklade ett anpassat QCM-system baserat på en öppen källkodslösning, använder alla 3D-tryckta delar och elektroniska kretsar av vår egen design, vilket kostar 100 gånger mindre än det kommersiella systemet. Med vårt billiga och kompakta instrument, en sjukvårdstekniker kan helt enkelt placera en liten droppe prov som ska testas på det grafenbelagda chipet, och testresultatet kommer att visas på så lite som 10 minuter."

Vidare, trots att det är ett enkelt och snabbt test, detta system är också kvantitativt, vilket innebär att den kan mäta koncentrationen av antikroppar i en patients prov. Denna information kan användas för att fastställa hur allvarlig sjukdomen är, hur länge patienten har haft sjukdomen och om patienten har utvecklat en immunitet antingen efter att ha fått sjukdomen eller från att ha blivit vaccinerad.

Blickar framåt, forskargruppen planerar att utveckla sitt test för ett brett spektrum av autoimmuna sjukdomar, där immunförsvaret angriper kroppens egna vävnader, till exempel, glutenintolerans. Systemet kan också anpassas för att testa för antikroppar mot främmande proteiner eller virusinfektioner, som covid-19. "På grund av det billiga, snabb, enkel och känslig karaktär av vårt test, vi tror att den är idealisk för storskalig utbyggnad som svar på pandemier i Storbritannien och på andra håll. Särskilt, systemet skulle ge ett betydande uppsving för testkapaciteten i låg- och medelinkomstländer och avlägsna platser, " säger Dr. Vijayaraghavan.