Уанг и колегите му изследваха сензори, които могат да открият бактерии и вируси във въздуха. Още през януари
В повечето лаборатории за откриване на вирусиза респираторни инфекции се използва молекулен метод, наречен верижна реакция на полимеразната обратна транскрипция, известен също като RT-PCR. Това е добре известен метод, който може да открие дори малко количество от вируса, но е доста погрешен. Например, има доказателства, че 30% от руските тестове са неправилни.
Jing Wang и неговият екип разработиха алтернативаметод за изпитване под формата на оптичен биосензор. Сензорът комбинира два различни ефекта за безопасно и надеждно откриване на вируси: оптичен и термичен. Изработена е от малки златни структури, така наречените златни наноосвети, и е разположена върху стъклен субстрат. Изкуствено получените ДНК рецептори, които съответстват на специфични SARS-CoV-2 РНК последователности, се присаждат на наноосмията. По този начин, рецепторите на сензора са допълващи последователности на уникални вирусни РНК последователности, които могат надеждно да идентифицират вируса.
Технология, която изследователите използватоткриването, наречено LSPR, е съкращение за локализиран повърхностен плазмонен резонанс, оптично явление, което се среща при метални наноструктури. Когато се вълнуват, те модулират падащата светлина в определен диапазон на дължината на вълната и създават плазмон в близост до полето около наноструктурата. Когато молекулите се свързват с повърхността, локалният индекс на пречупване във възбудения плазмон в близост до полето се променя. Оптичен сензор, разположен на гърба на сензора, може да се използва за измерване на тази промяна и определяне дали пробата съдържа въпросните нишки на РНК.
Вярно е, че е важно да бъдат заловени само тези веригиРНК, които точно съвпадат с ДНК рецептора на сензора. Тук играят вторият ефект: плазмонов фототермален ефект. Ако същата наноструктура на сензора се възбужда от лазер с определена дължина на вълната, той произвежда локализирана топлина.
И как помага за надеждността? Геномът на вируса се състои само от една верига РНК. Ако тази верига намери своя допълнителен аналог и те са свързани, образувайки двойна верига, тогава възниква процес, наречен хибридизация. Аналог е, когато двойна нишка се разделя на отделни нишки, такъв процес се нарича топене или денатуриране. Това се случва в конкретна точка на топене. Ако обаче температурата на околната среда е много по-ниска от точката на топене, прежди, които не се допълват, също могат да се съединят. Това може да доведе до фалшиви резултати от теста. Ако температурата на околната среда е само малко по-ниска от температурата на топене, могат да се прикрепят само допълнителни нишки. И това е само резултат от повишената температура на околната среда, причинена от плазмонов фототермален ефект.
„Тестовете показаха, че сензорът може ясноразличават много сходни РНК последователности на два вируса. А резултатите са готови за минути. Вярно, това все още изисква развитие. Но след като сензорът е готов, този принцип може да се приложи към други вируси и да помогне за откриване и спиране на епидемии на ранен етап."
Дзин Уанг, изобретател
За да демонстрирам колко надеждна е новатасензорът открива текущия вирус COVID-19, изследователите го тестват с много близък вирус: SARS-CoV. Това е вирус, който избухна през 2003 г. и предизвика пандемия от SARS. Два вируса - SARS-CoV и SARS-CoV2 - се различават леко по своята РНК. И проверката беше успешна.