Omvänd transkription-polymeraskedjereaktion (RT-PCR) har varit guldstandarden för diagnos under COVID-19-pandemin. Dock, PCR-delen av testet kräver skrymmande, dyra maskiner och tar ungefär en timme att färdigställa, vilket gör det svårt att snabbt diagnostisera någon på en testplats. Nu, forskare som rapporterar in ACS Nano har utvecklat ett plasmafluidiskt chip som kan utföra PCR på bara cirka åtta minuter, vilket skulle kunna påskynda diagnosen under nuvarande och framtida pandemier.

Snabb diagnos av covid-19 och andra mycket smittsamma virussjukdomar är viktigt för snabb medicinsk vård, karantän och kontaktspårning. För närvarande, RT-PCR –– som använder enzymer för att omvända transkribera små mängder viralt RNA till DNA, och sedan amplifiera DNA så att det kan detekteras av en fluorescerande sond –– är den mest känsliga och tillförlitliga diagnostiska metoden. Men eftersom PCR-delen av testet kräver 30–40 cykler av uppvärmning och kylning i speciella maskiner, det tar ungefär en timme att utföra, och prover måste vanligtvis skickas iväg till ett labb, vilket innebär att en patient vanligtvis måste vänta en eller två dagar för att få sin diagnos. Ki-Hun Jeong och kollegor ville utveckla ett plasmafluidiskt PCR-chip som snabbt kunde värma och kyla ner små volymer av vätskor, möjliggör noggrann diagnos på en bråkdel av tiden.

Forskarna utformade ett frimärksstort polydimetylsiloxanchip med en mikrokammaruppsättning för PCR-reaktionerna. När en droppe prov läggs till chipet, ett vakuum drar vätskan in i mikrokamrarna, som är placerade ovanför nanopelare av glas med nanoöar i guld. Eventuella mikrobubblor, som kan störa PCR-reaktionen, diffundera ut genom en luftgenomsläpplig vägg. När en vit lysdiod tänds under chipet, guldnanoöarna på nanopelarna omvandlar snabbt ljus till värme, och svalna sedan snabbt när ljuset släcks. Forskarna testade enheten på en bit DNA som innehåller en SARS-CoV-2-gen, uppnår 40 uppvärmnings- och kylcykler och fluorescensdetektering på bara fem minuter, med ytterligare tre minuter för provladdning. Amplifieringseffektiviteten var 91 %, medan en jämförbar konventionell PCR-process har en effektivitet på 98 %. Med det omvända transkriptassteget tillagt före provladdning, hela testtiden med den nya metoden kan ta 10 till 13 minuter, i motsats till ungefär en timme för typiska RT-PCR-tester. Den nya enheten kan ge många möjligheter till snabb diagnostik under en pandemi, säger forskarna.