Ett team av forskare ledda av Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har skapat en laserdriven enhet som kan fånga och flytta virus med hjälp av ljus.

Enheten, som har förmågan att manipulera ljus för att fungera som "pincett", skulle hjälpa till i utvecklingen av nya metoder för sjukdomsdiagnostik och studier av virus, eftersom enheten exakt kan "flytta" ett enda virus för att rikta in sig på en viss del av en cell.

Det skulle också hjälpa till med vaccinutveckling, eftersom enheten gör det möjligt för forskare att separera skadade eller ofullständiga virus från en grupp av tusentals andra prover på under en minut, jämfört med nuvarande processer som är tråkiga och bristande precision, sa forskarna.

Docent Eric Yap, från NTU:s Lee Kong Chian School of Medicine, en medicinsk genetiker som ledde forskningen, sa:"Den konventionella metoden för att analysera virus idag är att studera en population av tusentals eller miljoner virus. Vi vet bara deras genomsnittligt beteende som en hel befolkning. Med vår laserbaserade teknologi kunde enskilda virus studeras individuellt.

"Utöver att diagnostisera sjukdomar kan vår enhet användas för att upptäcka extremvärdena – det sällsynta enskilda viruset som har potential att utvecklas och skapa nästa våg av en epidemi, till exempel. Detta tar oss in i en era där vi kan överväga precision diagnostik på enstaka virusnivå."

Forskarna testade sin enhet känd som ett digitalt virusmanipuleringschip på adenovirus, vilket är en grupp vanliga virus som kan orsaka förkylningsliknande symtom, som mäter 90 till 100 nanometer (nm) i diameter. Även om det ännu inte har testat på coronavirus, har det potential att användas för forskning om SARS-CoV-2-virus, som orsakar covid-19, eftersom det är lika stort, mellan 80 och 120 nm i diameter.

Professor Liu Aiqun, från NTU:s School of Electrical and Electronic Engineering, som ledde forskningen, sa:"Vår uppfinning använder ljus för att manipulera virus i ett visst storleksintervall och vi har bevisat att det fungerar med adenovirus. Vi tror att vår enhet också kan vara används för att fånga och koncentrera SARS-CoV-2 för forskning och diagnos."

Resultaten av studien publicerades i den peer-reviewade vetenskapliga tidskriften ACS Sensors i september.

Forskare från Hong Kong Polytechnic University, University of Hong Kong, Hong Kong University of Science and Technology, Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), University of Technology Sydney och Australian National University, var också involverade i studien.

Det "lätta" sättet att manipulera virus med stor precision

Enheten som mäter 2 cm gånger 2 cm, ungefär lika stor som en miniatyr, består av ett chip som är tillverkat av en skiva av kiseloxid och kiselnitrid, med nanometerstora håligheter för att innehålla de fångade virusen. Ovanför chippet finns en laser som riktar högfokuserade ljusstrålar med rätt mängd energi för att fungera som en "pincett" som kan isolera och flytta virus.

Enheten fungerar genom att ladda en vätska som innehåller virus, såsom blod, i chipet. Därefter riktas en laserstråle mot den och bildar ljusfläckar. Eftersom ljusets intensitet är högst i mitten av fläckarna, skapar detta en stark kraft som attraherar och fångar viruset i avsedda håligheter på chipet.

Genom att flytta platserna för ljusfläckarna kan virus fritt flyttas till andra delar av chipet. Detta möjliggör enkel sortering och koncentration av virus av olika storlekar, från 40 nm till 300 nm.

"Vår uppfinning är ett genombrott inom virusforskningen eftersom den tillåter oss att peka ut enskilda prover för studier, medan jämförbara teknologier idag bara kan hantera virus i stora mängder", säger professor Liu.

"Vi kan till exempel isolera enskilda virus med mutationer för att utveckla terapier mot dessa varianter. Vår uppfinning använder isoleringsmaterial som är biokompatibla och som inte värms upp lätt, till skillnad från nuvarande sorteringsmetoder som genererar mycket värme. Det betyder att forskare bör vara säkra på att hantera virus med den här enheten utan att påverka deras egenskaper och livskraft."

Assoc Prof Yap tillade:"Med den här tekniken kunde vi handplocka specifika viruspartiklar och studera dem för att få nya insikter om dem och de sjukdomar de orsakar. Till exempel kan det öppna nya kanaler för mer detaljerad analys av specifika virusmutanter, vilket skulle kunna leda till nya sätt att karakterisera och motverka dessa virala varianter.

Forskarna arbetar på att utöka användningen av sin laserdrivna enhet.

Till exempel vill de studera hur enheten kan styra de isolerade virusen att infektera en riktad del av en mänsklig cell. Teamet sa att detta skulle leda till framsteg inom virusforskning och förbättra effektiviteten i utvecklingen av vaccin och antivirala läkemedel. + Utforska vidare

Mekanismen som ligger bakom uppkomsten av virusvarianter nystas upp