Virala luftvägssjukdomar är lätta att överföra och kan spridas snabbt över hela världen, orsakar betydande skada. Den pågående covid-19-pandemin är ett bevis på detta. Även förr i tiden, andra virus har orsakat massiva utbrott av luftvägssjukdomar:t.ex. en undertyp av influensaviruset, typ A H1N1-virus, var ansvarig för spanska sjukan och utbrotten av svininfluensan. Således, att förhindra sådana hälsokriser i framtiden, snabb och korrekt diagnos av dessa virus är avgörande. Detta är precis vad forskare från Korea har försökt arbeta mot, i deras helt nya studie.

I flera decennier nu, polymeraskedjereaktion (PCR)-baserade analyser har varit guldstandarden för att upptäcka influensavirus. Och även om dessa analyser är mycket känsliga, de kan kräva dyra reagenser och komplicerade protokoll. Ett potentiellt bättre alternativ kan vara "surface-enhanced Raman scattering" (SERS). SERS-baserade analyser fungerar genom att deponera ett vätskeprov på ett substratmaterial med en nanostrukturerad ädelmetallyta. Virala partiklar från proverna detekteras när de hybridiserar med substratbundna "aptamerer, " molekyler som kan binda till specifika målmolekyler. Denna bindning detekteras visuellt som en förändring i "signalintensitet, " som minskar när virusmängden ökar på grund av konformationsförändringar på substratet. en stor nackdel med dessa analyser är den dåliga reproducerbarheten av signaler från heterogena heta korsningar (elektrontäta områden som bidrar till signaler).

I ett försök att övervinna denna utmaning, de tidigare nämnda forskarna från Chung-Ang University och Korea Institute of Materials Science, ledd av professor Jaebum Choo, designade ett nytt 3-D "nano-popcorn" plasmoniskt substrat. På tal om betydelsen av deras studie publicerad i Biosensorer och bioelektronik , Prof Choo säger, "Smittsam sjukdom, orsakad av luftvägsinfluensa, SARS, MERS, och SARS-2-virus, kan spridas periodiskt och är ett hot mot den globala hälsan. Vår SERS-baserade aptasensor-metod ger en ny diagnostisk plattform för infektionssjukdomar i luftvägarna i framtiden."

I sin design, forskarna belade två lager av guldpartiklar på ett polymersubstrat med hjälp av termisk avdunstning sekventiellt. De två skikten separerades genom behandling med en förening som kallas "perfluorodecanetiol:(PFDT). Energiskillnaden mellan PFDT och guldskiktet var det som fick guldjonerna att diffundera till ytan, bildar nanopartiklar som ser ut som "popcorns" med jämnt mellanrum. Detta arrangemang stärkte kollektivt signalintensiteten som producerades, genom att generera flera "hotspots" på substratet.

Forskarna utvärderade sedan analysens prestanda med olika koncentrationer av H1N1-viruset. De upptäckte framgångsrikt olika virusbelastningar på bara 20 minuter och från en minutvolym på 3 μL (3 mikroliter:en 1000 ^th del av 3 ml). Dessutom, systemet kunde också klassificera olika stammar av influensavirus exakt och detekterade H1N1-virus med en känslighet som är tre gånger högre än den för de rutinmässigt använda ELISA-testerna. Inte bara detta, analysen visade sig vara mycket reproducerbar. Nöjd med resultatet, Prof. Choo säger, "Vårt analyssystem möjliggjorde den ultrakänsliga och tillförlitliga analysen av influensaviruset. En sådan metod skulle möjliggöra diagnostik i ett tidigt skede, underlätta initiering av antiviral behandling, och tillhandahålla infektionsövervakning, särskilt för dem med hög risk för virusrelaterade komplikationer."

Faktiskt, teamet är övertygat om att deras resultat kan, någon dag, användas för att bekämpa den nuvarande pandemin. Prof. Choo säger, "Vi utvecklar för närvarande en SERS-baserad aptasensor för snabb diagnos av coronavirus från mänskliga luftvägsprover. Vi utvecklar också en ny diagnostisk metod för att skilja mellan influensa A-virus och coronavirus."

Förhoppningsvis, den nya "nano-popcorn"-analysen kan hjälpa till att bekämpa många stora hälsokriser i framtiden.