Ван та його колеги досліджували датчики, які могли б виявити бактерії та віруси у повітрі. Ще у січні
У більшості лабораторій для виявлення вірусівпри респіраторних інфекціях використовується молекулярний метод, званий полімеразної ланцюгової реакцією зі зворотною транскрипцією, він же ОТ-ПЦР. Це добре відомий метод, який може виявити навіть невелику кількість вірусу, але він досить помилковий. Наприклад, є дані, що 30% російських тестів помилкові.
Цзин Ван і його команда розробили альтернативнийметод випробувань у вигляді оптичного біосенсора. Датчик поєднує в собі два різних ефекту для безпечного і надійного виявлення вірусу: оптичний і теплової. Він зроблений з крихітних структур золота, так званих золотих наноостровках, і розташований на скляній підкладці. Штучно отримані ДНК-рецептори, які відповідають специфічним послідовностей РНК SARS-CoV-2, щеплені на наноостровкі. Таким чином, рецептори на сенсорі є комплементарними послідовностями унікальних РНК-послідовностей вірусу, які можуть надійно ідентифікувати вірус.
Технологія, яку дослідники використовують длявиявлення, називається LSPR - це скорочення від локалізованого поверхневого плазмонного резонансу, оптичного явища, яке відбувається в металевих наноструктурах. При порушенні вони модулюють падаюче світло в певному діапазоні довжини хвиль і створюють плазмонів ближнє поле навколо наноструктури. Коли молекули зв'язуються з поверхнею, локальний показник заломлення в збудженому плазмонів ближньому полі змінюється. Оптичний датчик, розташований на задній частині датчика, можна використовувати для вимірювання цього зміни та визначення, чи містить зразок розглядаються нитки РНК.
Правда, важливо, щоб захоплювалися тільки ті ланцюгиРНК, які точно відповідають рецептора ДНК на сенсорі. Тут вступає в дію другий ефект: плазмонний фототермічна ефект. Якщо та ж сама наноструктура на датчику збуджується лазером певної довжини хвилі, вона виробляє локалізоване тепло.
І як це допомагає надійності? Геном вірусу складається тільки з одного ланцюга РНК. Якщо цей ланцюг знаходить свій додатковий аналог, і вони з'єднуються, утворюючи подвійний ланцюг, то відбувається процес, званий гибридизацией. Аналог - коли подвійна нитка розщеплюється на окремі нитки, такий процес називається плавленням або денатурацією. Це відбувається при певній температурі плавлення. Однак, якщо температура навколишнього середовища набагато нижче, ніж температура плавлення, нитки, що не доповнюють один одного, також можуть з'єднуватися. Це може привести до помилкових результатів тесту. Якщо температура навколишнього середовища лише трохи нижче, ніж температура плавлення, можуть приєднуватися лише додаткові нитки. І це як раз результат підвищеної температури навколишнього середовища, викликаної плазмонів фототермічна ефектом.
«Випробування показали, що датчик може чіткорозрізняти дуже схожі послідовності РНК двох вірусів. І результати готові за лічені хвилини. Щоправда, це все ще потребує розробки. Але як датчик буде готовий, цей принцип може бути застосований до інших вірусів і допоможе виявити і зупинити епідемії на ранній стадії».
Цзін Ван, автор винаходу
Щоб продемонструвати, наскільки надійно новийдатчик виявляє поточний вірус COVID-19, дослідники перевірили його з дуже близьким вірусом: SARS-CoV. Це вірус, який спалахнув в 2003 році і викликав пандемію атипової пневмонії. Два вірусу - SARS-CoV і SARS-CoV2 - незначно відрізняються за своєю РНК. І перевірка пройшла успішно.