Det opprettes en biosensor som oppdager et coronavirus i luften.

Wang og kollegene hans utforsket sensorer som kunne oppdage bakterier og virus i luften. Tilbake i januar

ideen ble født for å bruke dette grunnlaget forvidereutvikling av sensoren slik at den pålitelig kan identifisere et spesifikt virus. Sensoren vil ikke nødvendigvis erstatte etablerte laboratorietester, men kan brukes som en alternativ metode for klinisk diagnose og, enda viktigere, for å måle konsentrasjonen av viruset i luften i sanntid: for eksempel på overfylte steder som togstasjoner eller sykehus.

I de fleste laboratorier for virusdeteksjonfor luftveisinfeksjoner, brukes en molekylær metode som kalles revers transkripsjon polymerasekjedereaksjon, som også er kjent som RT-PCR. Dette er en kjent metode som kan oppdage selv en liten mengde virus, men det er ganske feil. For eksempel er det bevis på at 30% av russiske tester er uriktige.

Jing Wang og teamet hans utviklet et alternativtestmetode i form av en optisk biosensor. Sensoren kombinerer to forskjellige effekter for sikker og pålitelig virusdeteksjon: optisk og termisk. Den er laget av bittesmå gullstrukturer, de såkalte gylne nanoislands, og ligger på et glassunderlag. Kunstig oppnådde DNA-reseptorer som tilsvarer spesifikke SARS-CoV-2 RNA-sekvenser blir podet på nanoislands. Reseptorer på sensoren er således komplementære sekvenser av unike virus-RNA-sekvenser som pålitelig kan identifisere viruset.

Teknologi som forskere bruker tildeteksjon, kalt LSPR, er en forkortelse for lokal overflateplasmonresonans, et optisk fenomen som oppstår i metall nanostrukturer. Når de er begeistret, modulerer de innfallende lys i et visst bølgelengdeområde og lager et nærfeltplasmon rundt nanostrukturen. Når molekyler binder seg til overflaten, endres den lokale brytningsindeksen i det eksiterte plasmon nærfeltet. En optisk sensor plassert på baksiden av sensoren kan brukes til å måle denne endringen og bestemme om prøven inneholder de aktuelle RNA-strengene.

Det er sant at det bare er kjedene som blir tatt til fangeRNA-er som nøyaktig samsvarer med DNA-reseptoren på sensoren. Her kommer den andre effekten inn: plasmon fototermisk effekt. Hvis den samme nanostrukturen på sensoren blir begeistret av en laser med en viss bølgelengde, produserer den lokalisert varme.

Og hvordan hjelper det påliteligheten? Genomets virus består av bare en RNA-streng. Hvis denne kjeden finner sin ekstra analoge, og de går sammen for å danne en dobbel kjede, skjer en prosess som kalles hybridisering. En analog er når en dobbel tråd deler seg i separate tråder, en slik prosess kalles smelting eller denaturering. Dette skjer ved et spesifikt smeltepunkt. Imidlertid, hvis omgivelsestemperaturen er mye lavere enn smeltepunktet, kan garn som ikke kompletterer hverandre også forbindes. Dette kan føre til falske testresultater. Hvis omgivelsestemperaturen bare er litt lavere enn smeltetemperaturen, kan bare ekstra tråder festes. Og dette er bare et resultat av økt omgivelsestemperatur forårsaket av plasmons fototermiske effekt.

«Tester har vist at sensoren tydelig kanskille mellom svært like RNA-sekvenser av to virus. Og resultatene er klare på få minutter. Riktignok krever dette fortsatt utvikling. Men når sensoren er klar, kan dette prinsippet brukes på andre virus og bidra til å oppdage og stoppe epidemier på et tidlig stadium."

Jing Wang, oppfinner

For å demonstrere hvor pålitelig det nyesensoren oppdager det nåværende COVID-19-viruset, forskerne testet det med et veldig nært virus: SARS-CoV. Dette er et virus som brøt ut i 2003 og forårsaket en pandemi av SARS. To virus - SARS-CoV og SARS-CoV2 - skiller seg litt ut i deres RNA. Og sjekken var vellykket.