Wang en zijn collega's onderzochten sensoren die bacteriën en virussen in de lucht konden detecteren. Terug in januari
In de meeste laboratoria voor virusdetectievoor luchtweginfecties wordt een moleculaire methode gebruikt, de reverse transcriptie polymerase kettingreactie, ook wel bekend als RT-PCR. Dit is een bekende methode die zelfs een klein deel van het virus kan detecteren, maar het is helemaal verkeerd. Er zijn bijvoorbeeld aanwijzingen dat 30% van de Russische tests onjuist is.
Jing Wang en zijn team ontwikkelden een alternatieftestmethode in de vorm van een optische biosensor. De sensor combineert twee verschillende effecten voor veilige en betrouwbare virusdetectie: optisch en thermisch. Het is gemaakt van kleine gouden structuren, de zogenaamde gouden nano-eilanden, en bevindt zich op een glazen ondergrond. Kunstmatig verkregen DNA-receptoren die overeenkomen met specifieke SARS-CoV-2-RNA-sequenties worden geënt op nano-eilanden. Receptoren op de sensor zijn dus complementaire sequenties van unieke virus-RNA-sequenties die het virus betrouwbaar kunnen identificeren.
Technologie waar onderzoekers gebruik van makendetectie, LSPR genaamd, is een afkorting voor localized surface plasmon resonance, een optisch fenomeen dat voorkomt in metalen nanostructuren. Wanneer ze opgewonden zijn, moduleren ze het invallende licht in een bepaald golflengtebereik en creëren ze een nabij-veld plasmon rond de nanostructuur. Wanneer moleculen aan het oppervlak binden, verandert de lokale brekingsindex in het geëxciteerde plasmon in de buurt van het veld. Een optische sensor aan de achterkant van de sensor kan worden gebruikt om deze verandering te meten en te bepalen of het monster de betreffende RNA-strengen bevat.
Toegegeven, het is belangrijk dat alleen die kettingen worden gevangenRNA's die exact overeenkomen met de DNA-receptor op de sensor. Hier komt het tweede effect in het spel: het plasmon fotothermische effect. Als dezelfde nanostructuur op de sensor wordt opgewekt door een laser met een bepaalde golflengte, produceert deze lokale warmte.
En hoe helpt het de betrouwbaarheid? Het genoom van het virus bestaat uit slechts één RNA-streng. Als deze ketting zijn extra analoog vindt en ze samenkomen om een dubbele ketting te vormen, vindt er een proces plaats dat hybridisatie wordt genoemd. Een analoog is wanneer een dubbele streng in afzonderlijke strengen splitst, een dergelijk proces wordt smelten of denaturatie genoemd. Dit gebeurt op een specifiek smeltpunt. Als de omgevingstemperatuur echter veel lager is dan het smeltpunt, kunnen ook garens die elkaar niet aanvullen, worden samengevoegd. Dit kan tot valse testresultaten leiden. Als de omgevingstemperatuur slechts iets lager is dan de smelttemperatuur, kunnen alleen extra draden worden bevestigd. En dit is slechts het resultaat van een verhoogde omgevingstemperatuur veroorzaakt door het fotothermische effect van het plasmon.
“Uit tests is gebleken dat de sensor dit duidelijk kanonderscheid maken tussen zeer vergelijkbare RNA-sequenties van twee virussen. En de resultaten zijn binnen enkele minuten klaar. Toegegeven, dit vereist nog ontwikkeling. Maar zodra de sensor klaar is, kan dit principe ook op andere virussen worden toegepast en helpen epidemieën in een vroeg stadium op te sporen en te stoppen.”
Jing Wang, uitvinder
Om te laten zien hoe betrouwbaar het nieuwe isde sensor detecteert het huidige COVID-19-virus, de onderzoekers testten het met een zeer dichtbij virus: SARS-CoV. Dit is een virus dat in 2003 uitbrak en een pandemie van SARS veroorzaakte. Twee virussen - SARS-CoV en SARS-CoV2 - verschillen enigszins in hun RNA. En de controle is geslaagd.