• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Pappersbaserad elektrokemisk sensor kan upptäcka COVID-19 på mindre än fem minuter

    COVID-19 elektrokemisk avkänningsplattform. Kredit:University of Illinois

    När covid-19-pandemin fortsätter att sprida sig över världen, testning är fortfarande en nyckelstrategi för att spåra och begränsa viruset. Bioteknik doktorand, Maha Alafef, har tillsammans utvecklat en snabb, ultrakänsligt test med hjälp av en pappersbaserad elektrokemisk sensor som kan upptäcka närvaron av viruset på mindre än fem minuter. Teamet ledd av professor Dipanjan Pan rapporterade sina resultat i ACS Nano .

    "För närvarande, vi upplever en livsförändrande händelse en gång i århundradet, ", sa Alafeef. "Vi svarar på detta globala behov från ett holistiskt tillvägagångssätt genom att utveckla multidisciplinära verktyg för tidig upptäckt och diagnos och behandling av SARS-CoV-2."

    Det finns två breda kategorier av covid-19-tester på marknaden. Den första kategorin använder omvänt transkriptas i realtid polymeraskedjereaktion (RT-PCR) och nukleinsyrahybridiseringsstrategier för att identifiera viralt RNA. Aktuella FDA-godkända diagnostiska tester använder denna teknik. Vissa nackdelar inkluderar hur lång tid det tar att slutföra testet, behovet av specialiserad personal och tillgången på utrustning och reagens.

    Den andra kategorin av tester fokuserar på detektion av antikroppar. Dock, det kan finnas en fördröjning på några dagar till några veckor efter att en person har exponerats för viruset för att de ska kunna producera detekterbara antikroppar.

    På senare år har forskare har haft viss framgång med att skapa point-of-care biosensorer med 2-D nanomaterial som grafen för att upptäcka sjukdomar. De främsta fördelarna med grafenbaserade biosensorer är deras känslighet, låg produktionskostnad och snabb detektering. "Upptäckten av grafen öppnade upp en ny era av sensorutveckling på grund av dess egenskaper. Grafen uppvisar unika mekaniska och elektrokemiska egenskaper som gör den idealisk för utveckling av känsliga elektrokemiska sensorer, " sa Alafeef. Teamet skapade en grafenbaserad elektrokemisk biosensor med en elektrisk avläsningsuppsättning för att selektivt detektera närvaron av SARS-CoV-2 genetiskt material.

    Det finns två komponenter till denna biosensor:En plattform för att mäta en elektrisk avläsning och sonder för att upptäcka närvaron av viralt RNA. För att skapa plattformen, forskare belade först filterpapper med ett lager av grafennanoplättar för att skapa en ledande film. Sedan, de placerade en guldelektrod med en fördefinierad design ovanpå grafenet som en kontaktdyna för elektrisk avläsning. Både guld och grafen har hög känslighet och konduktivitet vilket gör denna plattform ultrakänslig för att upptäcka förändringar i elektriska signaler.

    Nuvarande RNA-baserade COVID-19-tester screenar för närvaron av N-genen (nukleokapsidfosfoprotein) på SARS-CoV-2-viruset. I denna forskning, teamet designade antisens-oligonukleotidsonder (ASOs) för att rikta in sig på två regioner av N-genen. Att rikta in sig på två regioner säkerställer tillförlitligheten hos senor om en region genomgår genmutation. Vidare, guld nanopartiklar (AuNP) är täckta med dessa enkelsträngade nukleinsyror (ssDNA), som representerar en ultrakänslig avkänningssond för SARS-CoV-2 RNA.

    Forskarna har tidigare visat känsligheten hos de utvecklade avkänningssonderna i deras tidigare arbete publicerat i ACS Nano . Hybridiseringen av det virala RNA:t med dessa sönder orsakar en förändring i sensorns elektriska respons. AuNP-locken påskyndar elektronöverföringen och när de sänds över avkänningsplattformen, resulterar i en ökning av utsignalen och indikerar närvaron av viruset.

    Teamet testade denna sensors prestanda genom att använda positiva och negativa prover för covid-19. Sensorn visade en signifikant ökning av spänningen hos positiva prover jämfört med de negativa och bekräftade närvaron av viralt genetiskt material på mindre än fem minuter. Vidare, sensorn kunde differentiera virala RNA-belastningar i dessa prover. Viral belastning är en viktig kvantitativ indikator på infektionens framsteg och en utmaning att mäta med hjälp av befintliga diagnostiska metoder.

    Denna plattform har långtgående applikationer på grund av dess portabilitet och låga kostnad. Sensorn, när den är integrerad med mikrokontroller och LED-skärmar eller med en smartphone via Bluetooth eller wifi, kan användas på vårdplatsen på en läkarmottagning eller till och med hemma. Utöver covid-19, forskargruppen förutser också att systemet är anpassningsbart för upptäckt av många olika sjukdomar.

    "Den obegränsade potentialen för bioteknik har alltid väckt mitt största intresse med dess innovativa översättningstillämpningar, " Alafeef sa. "Jag är glad att se mitt forskningsprojekt har en inverkan på att lösa ett verkligt problem. Till sist, Jag vill tacka min Ph.D. rådgivare professor Dipanjan Pan för hans oändliga stöd, forskaren Dr. Parikshit Moitra, och forskningsassistent Ketan Dighe för deras hjälp och bidrag till framgången med denna studie."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com