Wang i jego współpracownicy badali czujniki, które mogłyby wykrywać bakterie i wirusy w powietrzu. W styczniu
W większości laboratoriów do wykrywania wirusóww przypadku infekcji dróg oddechowych stosuje się metodę molekularną zwaną reakcją łańcuchową polimerazy z odwrotną transkrypcją, która jest również znana jako RT-PCR. Jest to dobrze znana metoda, która potrafi wykryć nawet niewielką ilość wirusa, ale jest całkiem błędna. Na przykład istnieją dowody, że 30% rosyjskich testów jest niepoprawnych.
Jing Wang i jego zespół opracowali alternatywęmetoda badawcza w postaci optycznego bioczujnika. Czujnik łączy dwa różne efekty w celu bezpiecznego i niezawodnego wykrywania wirusów: optyczny i termiczny. Wykonany jest z drobnych złotych struktur, tak zwanych złotych nanoislandów i znajduje się na szklanym podłożu. Sztucznie uzyskane receptory DNA, które odpowiadają specyficznym sekwencjom RNA SARS-CoV-2, są szczepione na nanoizlandach. Zatem receptory na czujniku są sekwencjami komplementarnymi unikalnych wirusowych sekwencji RNA, które mogą wiarygodnie zidentyfikować wirusa.
Technologia, której używają naukowcydetekcja, zwana LSPR, jest skrótem zlokalizowanego rezonansu plazmonowego powierzchni, zjawiska optycznego występującego w nanostrukturach metalowych. Po wzbudzeniu modulują padające światło w pewnym zakresie długości fal i tworzą plazmon bliskiego pola wokół nanostruktury. Gdy cząsteczki wiążą się z powierzchnią, lokalny współczynnik załamania światła w wzbudzonym plazmonie w pobliżu pola zmienia się. Do pomiaru tej zmiany można użyć czujnika optycznego znajdującego się z tyłu czujnika i ustalić, czy próbka zawiera badane nici RNA.
To prawda, że ważne jest, aby przechwytywać tylko te łańcuchyRNA, które dokładnie pasują do receptora DNA w czujniku. Tutaj pojawia się drugi efekt: efekt fototermiczny plazmon. Jeśli ta sama nanostruktura na czujniku jest wzbudzana przez laser o określonej długości fali, wytwarza ona zlokalizowane ciepło.
Jak to wpływa na niezawodność? Genom wirusa składa się tylko z jednej nici RNA. Jeśli ten łańcuch znajdzie swój dodatkowy analog i połączą się, tworząc podwójny łańcuch, wówczas nastąpi proces zwany hybrydyzacją. Analogiem jest, gdy podwójna nić dzieli się na osobne nici, taki proces nazywa się topieniem lub denaturacją. Dzieje się tak w określonym punkcie topnienia. Jeśli jednak temperatura otoczenia jest znacznie niższa niż temperatura topnienia, przędze, które się nie uzupełniają, mogą się również łączyć. Może to prowadzić do fałszywych wyników testu. Jeśli temperatura otoczenia jest tylko nieco niższa niż temperatura topnienia, można dołączyć tylko dodatkowe gwinty. A to tylko wynik podwyższonej temperatury otoczenia spowodowanej efektem fototermicznym plazmonowym.
„Testy wykazały, że czujnik wyraźnie potrafirozróżnić bardzo podobne sekwencje RNA dwóch wirusów. Wyniki są gotowe w ciągu kilku minut. To prawda, że nadal wymaga to rozwoju. Jednak gdy czujnik będzie gotowy, zasadę tę można zastosować do innych wirusów, co pomoże wykryć i powstrzymać epidemie na wczesnym etapie”.
Jing Wang, wynalazca
Aby wykazać, jak niezawodny jest nowyczujnik wykrywa obecnego wirusa COVID-19, badacze przetestowali go z bardzo bliskim wirusem: SARS-CoV. Jest to wirus, który wybuchł w 2003 roku i spowodował pandemię SARS. Dwa wirusy - SARS-CoV i SARS-CoV2 - nieznacznie różnią się pod względem RNA. I sprawdzenie powiodło się.