Wang og hans kolleger udforskede sensorer, der kunne detektere bakterier og vira i luften. Tilbage i januar
I de fleste laboratorier til virusdetektiontil luftvejsinfektioner anvendes en molekylær metode kaldet revers transkriptionspolymerasekædereaktion, også kendt som RT-PCR. Dette er en velkendt metode, der kan påvise endda en lille mængde virus, men det er helt forkert. For eksempel er der bevis for, at 30% af russiske test er forkerte.
Jing Wang og hans team udviklede et alternativtestmetode i form af en optisk biosensor. Sensoren kombinerer to forskellige effekter for sikker og pålidelig virusdetektion: optisk og termisk. Det er lavet af små guldstrukturer, de såkaldte gyldne nanoislands, og er placeret på et glasunderlag. Kunstigt opnåede DNA-receptorer, der svarer til specifikke SARS-CoV-2 RNA-sekvenser, podes på nanoislands. Således er receptorer på sensoren komplementære sekvenser af unikke virus-RNA-sekvenser, som pålideligt kan identificere virussen.
Teknologi, som forskere bruger tildetektion, kaldet LSPR, er en forkortelse for lokaliseret overfladeplasmonresonans, et optisk fænomen, der forekommer i metal nanostrukturer. Når de er begejstrede, modulerer de det indfaldende lys i et bestemt bølgelængdeområde og skaber et tæt-felt plasmon omkring nanostrukturen. Når molekyler binder til overfladen, ændres det lokale brydningsindeks i det ophidsede plasmon nær felt. En optisk sensor placeret på bagsiden af sensoren kan bruges til at måle denne ændring og bestemme, om prøven indeholder de pågældende RNA-strenge.
Det er sandt, at det kun er disse kæder, der er fangetRNA'er, der nøjagtigt matcher DNA-receptoren på sensoren. Her kommer den anden virkning ind: plasmon fototermisk effekt. Hvis den samme nanostruktur på sensoren ophidses af en laser med en bestemt bølgelængde, producerer den lokaliseret varme.
Og hvordan hjælper det pålidelighed? Virussets genom består kun af en RNA-streng. Hvis denne kæde finder sin yderligere analoge, og de går sammen om at danne en dobbeltkæde, sker der en proces kaldet hybridisering. En analog er, når en dobbelt streng opdeles i separate tråde, en sådan proces kaldes smeltning eller denaturering. Dette sker ved et specifikt smeltepunkt. Hvis omgivelsestemperaturen imidlertid er meget lavere end smeltepunktet, kan garn, der ikke supplerer hinanden, også forbindes. Dette kan føre til falske testresultater. Hvis omgivelsestemperaturen kun er lidt lavere end smeltetemperaturen, kan der kun monteres yderligere gevind. Og dette er kun resultatet af øget omgivelsestemperatur forårsaget af plasmons fototermiske effekt.
”Test har vist, at sensoren tydeligt kanskelne mellem meget ens RNA-sekvenser af to vira. Og resultaterne er klar på få minutter. Sandt nok kræver dette stadig udvikling. Men når først sensoren er klar, kan dette princip anvendes på andre vira og hjælpe med at opdage og stoppe epidemier på et tidligt tidspunkt."
Jing Wang, opfinder
At demonstrere, hvor pålidelig den nyesensoren registrerer den aktuelle COVID-19-virus, forskerne testede den med en meget tæt virus: SARS-CoV. Dette er en virus, der brød ud i 2003 og forårsagede en pandemi af SARS. To vira - SARS-CoV og SARS-CoV2 - adskiller sig lidt i deres RNA. Og kontrollen var vellykket.