Wang a jeho kolegové zkoumali senzory, které by mohly detekovat bakterie a viry ve vzduchu. Zpátky v lednu
Ve většině laboratoří pro detekci virůpro respirační infekce se používá molekulární metoda zvaná polymerázová řetězová reakce s reverzní transkripcí, která je známá také jako RT-PCR. Jedná se o dobře známou metodu, která dokáže detekovat i malé množství viru, ale je to docela špatně. Například existuje důkaz, že 30% ruských testů je nesprávných.
Jing Wang a jeho tým vyvinuli alternativuzkušební metoda ve formě optického biosenzoru. Senzor kombinuje dva různé efekty pro bezpečnou a spolehlivou detekci virů: optický a teplotní. Je vyrobena z drobných zlatých struktur, tzv. Zlatých nanoislands, a je umístěna na skleněném substrátu. Uměle získané DNA receptory, které odpovídají specifickým SARS-CoV-2 RNA sekvencím, se roubují na nanoislands. Receptory na senzoru jsou tedy komplementární sekvence jedinečných RNA virových sekvencí, které mohou spolehlivě identifikovat virus.
Technologie, na kterou vědci používajídetekce, zvaná LSPR, je zkratka pro lokalizovanou povrchovou plazmonovou rezonanci, optický jev, který se vyskytuje v kovových nanostrukturách. Když jsou vzrušeni, modulují dopadající světlo v určitém rozsahu vlnových délek a vytvářejí plazmon v blízkém poli kolem nanostruktury. Když se molekuly vážou na povrch, mění se lokální index lomu ve vzrušeném plazmonu v blízkosti pole. Optický senzor umístěný na zadní straně senzoru může být použit k měření této změny a určení, zda vzorek obsahuje dotyčné RNA řetězce.
Je pravda, že je důležité, aby byly zachyceny pouze tyto řetězceRNA, které přesně odpovídají DNA receptoru na senzoru. Zde přichází do hry druhý efekt: plazmonový fototermální účinek. Pokud je stejná nanostruktura na senzoru excitována laserem o určité vlnové délce, produkuje lokalizované teplo.
A jak to pomáhá spolehlivosti? Genom viru se skládá pouze z jednoho řetězce RNA. Pokud tento řetězec najde svůj další analog a spojí se do podoby dvojitého řetězce, pak nastane proces zvaný hybridizace. Analog je, když se dvojitý řetězec rozdělí do samostatných řetězců, takový proces se nazývá tání nebo denaturace. K tomu dochází ve specifickém bodu tání. Pokud je však okolní teplota mnohem nižší než je teplota tání, mohou se také spojovat příze, které se navzájem nekomplementují. To může vést k falešným výsledkům testu. Pokud je okolní teplota pouze o něco nižší než teplota tání, lze připojit pouze další vlákna. A to je pouze výsledek zvýšené okolní teploty způsobené fototermálním účinkem plasmonů.
"Testy ukázaly, že senzor může jasně."rozlišovat mezi velmi podobnými sekvencemi RNA dvou virů. A výsledky jsou hotové za pár minut. Pravda, to ještě vyžaduje vývoj. Jakmile je ale senzor připraven, lze tento princip aplikovat na další viry a pomoci detekovat a zastavit epidemie v rané fázi.“
Jing Wang, vynálezce
Chcete-li prokázat, jak spolehlivé novésenzor detekuje aktuální virus COVID-19, vědci jej testovali s velmi blízkým virem: SARS-CoV. Jedná se o virus, který vypukl v roce 2003 a způsobil pandemii SARS. Dva viry - SARS-CoV a SARS-CoV2 - se mírně liší svou RNA. A kontrola byla úspěšná.