يتم إنشاء جهاز استشعار حيوي يكتشف فيروس تاجي في الهواء.

واستكشف وانغ وزملاؤه أجهزة استشعار يمكنها اكتشاف البكتيريا والفيروسات في الهواء. مرة أخرى في يناير

ولدت الفكرة لاستخدام هذا الأساس لـمواصلة تطوير المستشعر حتى يتمكن من التعرف على فيروس معين بشكل موثوق. لن يحل المستشعر بالضرورة محل الاختبارات المعملية المعمول بها، ولكن يمكن استخدامه كوسيلة بديلة للتشخيص السريري، والأهم من ذلك، لقياس تركيز الفيروس في الهواء في الوقت الفعلي: على سبيل المثال، في الأماكن المزدحمة مثل محطات القطار أو المستشفيات.

في معظم المختبرات للكشف عن الفيروساتلالتهابات الجهاز التنفسي ، يتم استخدام طريقة جزيئية تسمى تفاعل سلسلة البلمرة النسخ العكسي ، والذي يعرف أيضًا باسم RT-PCR. هذه طريقة معروفة يمكنها اكتشاف حتى كمية صغيرة من الفيروس ، لكنها خاطئة تمامًا. على سبيل المثال ، هناك أدلة على أن 30٪ من الاختبارات الروسية غير صحيحة.

طور جينغ وانغ وفريقه بديلاًطريقة الاختبار على شكل جهاز استشعار حيوي بصري. يجمع المستشعر بين تأثيرين مختلفين للكشف الآمن والموثوق عن الفيروسات: بصري وحراري. وهي مصنوعة من هياكل ذهبية صغيرة تسمى ما يسمى بجزر النانو الذهبية وتقع على طبقة زجاجية. تطعم مستقبلات الدنا التي تم الحصول عليها اصطناعيًا والتي تتوافق مع متواليات محددة لـ SARS-CoV-2 RNA على نانوي لاندس وبالتالي ، فإن المستقبلات الموجودة على المستشعر هي سلاسل تكميلية لتسلسلات RNA الفريدة من نوعها للفيروسات التي يمكنها تحديد الفيروس بشكل موثوق.

التكنولوجيا التي يستخدمها الباحثونالكشف ، يسمى LSPR ، هو اختصار لرنين البلازمون السطحي المحلي ، وهي ظاهرة بصرية تحدث في الهياكل النانوية المعدنية. عندما يكونون متحمسين ، يعدلون الضوء الساقط في نطاق طول موجي معين ويخلقون بلازمون قريب المجال حول البنية النانوية. عندما ترتبط الجزيئات بالسطح ، يتغير مؤشر الانكسار الموضعي في البلازمون المستثار بالقرب من المجال. يمكن استخدام مستشعر بصري موجود في الجزء الخلفي من المستشعر لقياس هذا التغيير وتحديد ما إذا كانت العينة تحتوي على خيوط RNA المعنية.

صحيح ، من المهم أن يتم التقاط تلك السلاسل فقطالرناوات التي تتطابق تمامًا مع مستقبلات الحمض النووي على المستشعر. هنا يأتي التأثير الثاني: تأثير الفوتون الحراري الضوئي. إذا كانت نفس البنية النانوية على المستشعر متحمسة بواسطة ليزر ذي طول موجي معين ، فإنها تنتج حرارة موضعية.

وكيف يساعد على الموثوقية؟ يتكون جينوم الفيروس من حبلا RNA واحد فقط. إذا وجدت هذه السلسلة تناظرية إضافية ، وانضموا معًا لتشكيل سلسلة مزدوجة ، عندها تحدث عملية تسمى التهجين. التناظرية هي عندما ينقسم الشريط المزدوج إلى خيوط منفصلة ، تسمى هذه العملية الذوبان أو التمسخ. يحدث هذا عند نقطة انصهار محددة. ومع ذلك ، إذا كانت درجة الحرارة المحيطة أقل بكثير من نقطة الانصهار ، يمكن أيضًا ربط الخيوط التي لا تكمل بعضها البعض. هذا يمكن أن يؤدي إلى نتائج اختبار خاطئة. إذا كانت درجة الحرارة المحيطة أقل قليلاً من درجة حرارة الانصهار ، يمكن إرفاق خيوط إضافية فقط. وهذا فقط نتيجة زيادة درجة الحرارة المحيطة الناجمة عن تأثير الحرارة الحرارية للبلازمون.

"لقد أظهرت الاختبارات أن المستشعر يمكنه ذلك بوضوحالتمييز بين تسلسلات الحمض النووي الريبوزي (RNA) المتشابهة جدًا لفيروسين. والنتائج جاهزة في دقائق. صحيح أن هذا لا يزال يتطلب التطوير. ولكن بمجرد أن يصبح المستشعر جاهزًا، يمكن تطبيق هذا المبدأ على الفيروسات الأخرى والمساعدة في اكتشاف الأوبئة وإيقافها في مرحلة مبكرة.

جينغ وانغ، مخترع

لتوضيح مدى موثوقية الجديديكتشف المستشعر فيروس COVID-19 الحالي ، واختبره الباحثون بفيروس قريب للغاية: SARS-CoV. وهو فيروس اندلع عام 2003 وتسبب في جائحة سارس. يختلف فيروسان - SARS-CoV و SARS-CoV2 - اختلافًا طفيفًا في الحمض النووي الريبي الخاص بهما. وتم التحقق بنجاح.