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O sensor eletroquímico sobre papel pode permitir a detecção rápida de SARS-CoV-2

Enquanto a pandemia COVID-19 continua a espalhar através do mundo, testar permanece uma estratégia chave para seguir e conter o vírus. O aluno diplomado da tecnologia biológica, Maha Alafeef, co-desenvolveu um teste rápido, ultrasensitive usando um sensor eletroquímico sobre papel que pudesse detectar a presença do vírus em menos de cinco minutos. A equipe conduzida pela bandeja do professor Dipanjan relatou seus resultados em ACS Nano.

Actualmente, nós estamos experimentando um evento vida-em mudança de uma vez que-em-um-século. Nós estamos respondendo a esta necessidade global de uma aproximação holística desenvolvendo ferramentas multidisciplinares para a detecção atempada e o diagnóstico e o tratamento para SARS-CoV-2.”

Maha Alafeef, aluno diplomado da tecnologia biológica, faculdade de Grainger das Universidades de Illinois da engenharia

Há duas categorias largas dos testes COVID-19 no mercado. A primeira categoria usa estratégias da hibridação da reacção em cadeia reversa da polimerase do tempo real do transcriptase (RT-PCR) e do ácido nucleico identificar o RNA viral. Os testes de diagnóstico aprovados pelo FDA actuais usam esta técnica. Alguns inconvenientes incluem a quantidade de tempo que toma para terminar o teste, a necessidade para pessoais especializados e a disponibilidade do equipamento e dos reagentes.

A segunda categoria de testes centra-se sobre a detecção de anticorpos. Contudo, poderia haver um atraso de alguns dias a algumas semanas depois que uma pessoa foi expor ao vírus para que produzam anticorpos detectáveis.

Nos últimos anos, os pesquisadores tiveram algum sucesso com criação de biosensors do ponto--cuidado usando 2D nanomaterials tais como o graphene para detectar doenças. As vantagens principais de biosensors graphene-baseados são seus sensibilidade, baixo custo de produção e rotação rápida da detecção. “A descoberta do graphene abriu uma era nova da revelação do sensor devido a suas propriedades. Graphene exibe mecânico original e as propriedades electroquímicas que lhe fazem o ideal para a revelação de sensores eletroquímicos sensíveis,” disse Alafeef. A equipe criou um biosensor eletroquímico graphene-baseado com uma instalação elétrica do read-para fora para detectar selectivamente a presença do material SARS-CoV-2 genético.

Há dois componentes a este biosensor: uma plataforma para medir um read-para fora elétrico e pontas de prova para detectar a presença de RNA viral. Para criar a plataforma, papel de filtro revestido dos pesquisadores primeiro com uma camada de nanoplatelets do graphene para criar um filme condutor. Então, colocaram um eléctrodo do ouro com um projecto predefinido sobre o graphene como uma almofada do contacto para o readout elétrico. O ouro e o graphene têm a sensibilidade e a condutibilidade altas que faz esta plataforma ultrasensitive para detectar mudanças em sinais elétricos.

COVID-19 RNA-baseado actual testa a tela para a presença do N-gene (phosphoprotein do nucleocapsid) no vírus SARS-CoV-2. Nesta pesquisa, a equipe projectou pontas de prova antisentido (ASOs) do oligonucleotide visar duas regiões do N-gene. Visar duas regiões assegura a confiança do senor caso que uma região se submete à mutação genética. Além disso, os nanoparticles do ouro (AuNP) são tampados com estes ácidos nucleicos único-encalhados (ssDNA), que representa uma ponta de prova de detecção ultra-sensível para o RNA SARS-CoV-2.

Os pesquisadores mostraram previamente a sensibilidade das pontas de prova de detecção desenvolvidas em seu trabalho mais adiantado publicado em ACS Nano. A hibridação do RNA viral com estes sonda causas uma mudança na resposta elétrica do sensor. Os tampões de AuNP aceleram transferência do elétron e quando transmitidos sobre a plataforma de detecção, conduzem a um aumento no sinal de saída e indicam a presença do vírus.

A equipe testou o desempenho deste sensor usando amostras positivas e negativas de COVID-19. O sensor mostrou um aumento significativo na tensão das amostras positivas comparadas às negativas e confirmou a presença de material genético viral em menos de cinco minutos. Além disso, o sensor podia diferenciar cargas virais do RNA nestas amostras. A carga viral é um indicador quantitativo importante do progresso da infecção e de um desafio para medir usar métodos diagnósticos existentes.

Esta plataforma tem as aplicações de grande envergadura devido a seus mobilidade e baixo custo. O sensor, quando integrado com microcontroladores e telas do diodo emissor de luz ou com um smartphone através de Bluetooth ou do wifi, podia ser usado no ponto--cuidado no escritório de um doutor ou mesmo em casa. Além de COVID-19, a equipa de investigação igualmente prevê o sistema para ser adaptávela para a detecção de muitas doenças diferentes.

“O potencial ilimitado da tecnologia biológica acendeu sempre meu interesse máximo com suas aplicações translational inovativas,” Alafeef disse. “Eu estou feliz ver que meu projecto de investigação tem um impacto em resolver um problema do real-mundo. Finalmente, eu gostaria de agradecer a minha bandeja do professor Dipanjan do conselheiro do Ph.D. para seus apoio, Dr. Parikshit Moitra do cientista da pesquisa, e assistente de pesquisa infinitos Ketan Dighe para suas ajuda e contribuição para o sucesso deste estudo.”

Source:
Journal reference:

Alafeef, M., et al. (2020) Rapid, Ultrasensitive, and Quantitative Detection of SARS-CoV-2 Using Antisense Oligonucleotides Directed Electrochemical Biosensor Chip. ACS Nano. doi.org/10.1021/acsnano.0c06392.