Wang a jeho kolegovia skúmali senzory, ktoré by dokázali detekovať baktérie a vírusy vo vzduchu. Ešte v januári
Vo väčšine laboratórií na detekciu vírusovv prípade respiračných infekcií sa používa molekulárna metóda nazývaná polymerázová reťazová reakcia s reverznou transkripciou, ktorá je známa aj ako RT-PCR. Toto je dobre známa metóda, ktorá dokáže odhaliť aj malé množstvo vírusu, ale je celkom zlé. Napríklad existuje dôkaz, že 30% ruských testov je nesprávnych.
Jing Wang a jeho tím vyvinuli alternatívutestovacia metóda vo forme optického biosenzora. Senzor kombinuje dva rôzne efekty pre bezpečnú a spoľahlivú detekciu vírusov: optickú a tepelnú. Je vyrobená z drobných zlatých štruktúr, takzvaných zlatých nanoislands, a je umiestnená na sklenenom substráte. Umelo získané DNA receptory, ktoré zodpovedajú špecifickým SARS-CoV-2 RNA sekvenciám, sa naštepia na nanoislands. Receptory na senzore sú teda komplementárne sekvencie jedinečných RNA vírusových sekvencií, ktoré môžu spoľahlivo identifikovať vírus.
Technológia, ktorú vedci používajúdetekcia, nazývaná LSPR, je skratka pre lokalizovanú povrchovú plazmónovú rezonanciu, optický jav, ktorý sa vyskytuje v kovových nanostrukturách. Keď sú nadšení, modulujú dopadajúce svetlo v určitom rozsahu vlnových dĺžok a vytvárajú plazmón v blízkom poli okolo nanoštruktúry. Keď sa molekuly viažu na povrch, mení sa lokálny index lomu excitovaného plazmónu v blízkosti poľa. Na meranie tejto zmeny a určenie, či vzorka obsahuje predmetné vlákna RNA, sa môže použiť optický senzor umiestnený na zadnej strane senzora.
Je pravda, že je potrebné zachytiť iba tieto reťazceRNA, ktoré sa presne zhodujú s DNA receptorom na senzore. Tu prichádza do úvahy druhý efekt: plazmónový fototermálny účinok. Ak je rovnaká nanoštruktúra na senzore excitovaná laserom s určitou vlnovou dĺžkou, vytvára lokalizované teplo.
A ako to pomáha spoľahlivosti? Genom vírusu pozostáva iba z jedného vlákna RNA. Ak tento reťazec nájde svoj ďalší analóg a spojí sa tak, že vytvorí dvojitý reťazec, nastane proces nazývaný hybridizácia. Analóg je, keď sa dvojvláknový reťazec rozdelí na samostatné vlákna, taký proces sa nazýva tavenie alebo denaturácia. K tomu dochádza v určitom bode topenia. Ak je však okolitá teplota oveľa nižšia ako teplota topenia, môžu sa spojiť priadze, ktoré sa navzájom nekomplementujú. To môže viesť k nesprávnym výsledkom testu. Ak je okolitá teplota iba mierne nižšia ako teplota topenia, môžu sa pripojiť iba ďalšie vlákna. A to je len dôsledok zvýšenej teploty okolia spôsobenej fototermálnym účinkom plazmónu.
„Testy ukázali, že senzor môže jasnerozlišovať medzi veľmi podobnými sekvenciami RNA dvoch vírusov. A výsledky sú pripravené za pár minút. Pravda, toto si ešte vyžaduje vývoj. Keď je však senzor pripravený, tento princíp možno aplikovať na iné vírusy a pomôcť odhaliť a zastaviť epidémie v počiatočnom štádiu.“
Jing Wang, vynálezca
Preukázať spoľahlivosť novéhosenzor detekuje aktuálny vírus COVID-19, vedci ho testovali na veľmi blízky vírus: SARS-CoV. Je to vírus, ktorý vypukol v roku 2003 a spôsobil pandémiu SARS. Dva vírusy - SARS-CoV a SARS-CoV2 - sa mierne líšia svojou RNA. A kontrola bola úspešná.