Återkommande influensaepidemier, som den under första världskriget, koronavirusets (MERS-CoV) utbrott i Mellanöstern på 2010-talet och covid-19-pandemin under de senaste åren har gjort det uppenbart att smittsamma virussjukdomar i luftvägarna ofta orsakar en framträdande i den mänskliga historiens tidslinje.
Tätare populationer, nära kontakt under transport och förbättringar av anslutningsmöjligheter har avsevärt ökat spridningshastigheten för sådana virusinfektioner.
För att minimera virusöverföring och massinfektion är snabba diagnostiska tester som kan upptäcka och identifiera virus avgörande för effektiv isolering och behandling av infekterade patienter. Under de senaste åren har fluorescensbaserad lateralflödesimmunanalys (LFI) blivit populär som ett diagnostiskt verktyg för virusdetektion.
Det är en snabb virusdetekteringsplattform som använder molekyler som lyser under speciella ljusförhållanden i närvaro av en virusbelastning. Men prestandan för den här detekteringsplattformen är begränsad på grund av flera problem relaterade till detektionskänslighet.
I en nyligen genomförd studie har ett team av forskare under ledning av professor Min-Gon Kim från Institutionen för kemi vid Gwangju Institute of Science and Technology nu visat att dessa fluorescensbaserade LFIs, när de förstärks av guld nanorod (GNR)-baserade sonder , kunde exakt och snabbt detektera ett influensavirusprotein, utan behov av komplex diagnostisk laboratorieutrustning.
Deras arbete gjordes tillgängligt i ACS Nano .
Teamet utvecklade Cy5-mSiO2 @GNR-sonder med kärna-skal nanostrukturer för LFI-plattformen. Dessa sonder består av en GNR-kärna, ett mesoporöst kiseldioxidskal (mSiO2 ) och den fluorescerande molekylen cyanin 5 (Cy5). Detta nya bioavkänningssystem kringgår vanliga problem förknippade med fluorescensbaserad LFI, såsom fotoblekning av fluoroforer och låga kvantutbyten, genom att utnyttja metallförstärkt fluorescens (MEF).
"Plattformen som utvecklats av oss använder ett fenomen där ljus-materia-interaktioner i närheten av metallnanopartiklar ger upphov till en plasmonisk effekt, vilket ger en stark fluorescens. Nyckelfaktorerna som dikterar denna effekt är avståndet och spektral överlappning av metallen och fluoroforen. i MEF-systemet", förklarar Prof. Kim.
Teamet utsatte sedan Cy5-mSiO2 @GNR sonderar till en serie teoretiska och experimentella tester för att undersöka beroendet av fluorescensbeteende på avståndet mellan GNR och Cy5 genom att justera tjockleken på mSiO2 skal. De fann att en tjocklek på 10,3 nm var optimal för skalet och ställde följaktligen in morfologivillkoret för MEF-systemet för att uppnå en förbättrad fluorescenseffekt.
Dessutom visade de användbarheten av optimerade MEF-sonder genom att införliva den på en LFI-plattform för detektering av influensa A-virus (IAV). På grund av den förbättrade fluorescensen kunde MEF-LFI-systemet detektera IAV även vid mycket låga koncentrationer på 1,85 pfu mL -1 inom 20 minuter.
Det visade också hög specificitet mot IAV även i närvaro av andra virus, såsom MERS-CoV och COVID-19-viruset. Dessutom kunde detta biosensorsystem identifiera IAV från kliniska patientprover med en anmärkningsvärd noggrannhet på mer än 99 %.
Prof. Kim betonar den framtida potentialen för denna plattform och tillägger:"Resultaten av denna forskning kan inte bara förändra snabba tester inom hälso- och sjukvården, utan dess omfattning kan också utvidgas till andra former av biomolekyldiagnostik, med det slutliga målet att förbättra människors livskvalitet."
Den nya Cy5-mSiO2 @GNR-baserad LFI-plattform kan verkligen vara ett kraftfullt diagnostiskt verktyg för tidig upptäckt och screening av IAV och andra virus, även under nödsituationer.
Mer information: Donggu Hong et al, Plasmonic Approach to Fluorescence Enhancement of Mesoporous Silica-Coated Gold Nanorods for Highly Sensitive Influenza A Virus Detection Using Lateral Flow Immunosensor, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02651
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av Gwangju Institute of Science and Technology
