Wang und seine Kollegen erforschten Sensoren, die Bakterien und Viren in der Luft erkennen könnten. Zurück im Januar
In den meisten Labors zum VirusnachweisFür Infektionen der Atemwege wird eine molekulare Methode verwendet, die als reverse Transkriptionspolymerasekettenreaktion bezeichnet wird und auch als RT-PCR bekannt ist. Dies ist eine bekannte Methode, mit der selbst eine kleine Menge des Virus erkannt werden kann, die jedoch völlig falsch ist. Zum Beispiel gibt es Hinweise darauf, dass 30% der russischen Tests falsch sind.
Jing Wang und sein Team entwickelten eine AlternativePrüfverfahren in Form eines optischen Biosensors. Der Sensor kombiniert zwei verschiedene Effekte für eine sichere und zuverlässige Viruserkennung: optisch und thermisch. Es besteht aus winzigen Goldstrukturen, den sogenannten goldenen Nanoislands, und befindet sich auf einem Glassubstrat. Künstlich erhaltene DNA-Rezeptoren, die spezifischen SARS-CoV-2-RNA-Sequenzen entsprechen, werden auf Nanoislands gepfropft. Somit sind Rezeptoren auf dem Sensor komplementäre Sequenzen einzigartiger Virus-RNA-Sequenzen, die das Virus zuverlässig identifizieren können.
Technologie, die Forscher verwendenDetektion, LSPR genannt, ist eine Abkürzung für lokalisierte Oberflächenplasmonresonanz, ein optisches Phänomen, das in Metallnanostrukturen auftritt. Bei Anregung modulieren sie das einfallende Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich und erzeugen ein Nahfeldplasmon um die Nanostruktur. Wenn Moleküle an die Oberfläche binden, ändert sich der lokale Brechungsindex im angeregten Plasmon-Nahfeld. Ein optischer Sensor auf der Rückseite des Sensors kann verwendet werden, um diese Änderung zu messen und festzustellen, ob die Probe die betreffenden RNA-Stränge enthält.
Es ist zwar wichtig, dass nur diese Ketten erfasst werdenRNAs, die genau zum DNA-Rezeptor auf dem Sensor passen. Hier kommt der zweite Effekt ins Spiel: der plasmonphotothermische Effekt. Wenn dieselbe Nanostruktur auf dem Sensor von einem Laser einer bestimmten Wellenlänge angeregt wird, erzeugt er lokalisierte Wärme.
Und wie hilft es der Zuverlässigkeit? Das Genom des Virus besteht nur aus einem RNA-Strang. Wenn diese Kette ihr zusätzliches Analogon findet und sie sich zu einer Doppelkette verbinden, tritt ein Prozess auf, der als Hybridisierung bezeichnet wird. Ein Analogon ist, wenn sich ein Doppelstrang in getrennte Stränge aufspaltet, ein solcher Prozess wird Schmelzen oder Denaturierung genannt. Dies geschieht bei einem bestimmten Schmelzpunkt. Wenn jedoch die Umgebungstemperatur viel niedriger als der Schmelzpunkt ist, können auch Garne, die sich nicht ergänzen, verbunden werden. Dies kann zu falschen Testergebnissen führen. Wenn die Umgebungstemperatur nur geringfügig unter der Schmelztemperatur liegt, können nur zusätzliche Gewinde angebracht werden. Und dies ist nur das Ergebnis einer erhöhten Umgebungstemperatur, die durch den photothermischen Plasmoneneffekt verursacht wird.
„Tests haben gezeigt, dass der Sensor das eindeutig kannzwischen sehr ähnlichen RNA-Sequenzen zweier Viren unterscheiden. Und die Ergebnisse liegen in wenigen Minuten vor. Es ist wahr, dass dies noch entwicklungsbedürftig ist. Doch sobald der Sensor fertig ist, lässt sich dieses Prinzip auf andere Viren übertragen und dabei helfen, Epidemien frühzeitig zu erkennen und zu stoppen.“
Jing Wang, Erfinder
Um zu demonstrieren, wie zuverlässig das Neue istDer Sensor erkennt das aktuelle COVID-19-Virus, die Forscher haben es mit einem sehr nahen Virus getestet: SARS-CoV. Dies ist ein Virus, der 2003 ausbrach und eine SARS-Pandemie verursachte. Zwei Viren - SARS-CoV und SARS-CoV2 - unterscheiden sich geringfügig in ihrer RNA. Und die Prüfung war erfolgreich.