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Un biosensore della grafite della matita che individua SARS-CoV-2

Gli scienziati intorno al mondo generalmente riconosciuto che l'individuazione tempestiva del coronavirus 2 (SARS-CoV-2) di sindrome respiratorio acuto severo, che è il virus responsabile della malattia 2019 (COVID-19) di coronavirus, ha seguito da isolamento della persona infettata è un efficace metodo per impedire ulteriore diffusione della malattia. Attualmente, a causa dell'alta precisione e della specificità dell'analisi inversa-transcriptase di reazione a catena della polimerasi (RT-PCR), questa tecnica analitica è considerata il sistema monetario aureo per la rilevazione della presenza di SARS-CoV-2.

I campioni (NP) rinofaringei o (OP) orofaringei sono i due tipi primari che sono usati per individuare SARS-CoV-2 da RT-PCR. Tuttavia, questa prova è costosa, che richiede tempo e richiede in un ad un tecnico esperto di essere eseguita. Di conseguenza, l'analisi di RT-PCR è inadatta per gli sforzi di massa di prova, specialmente quelli condotti in paesi a basso reddito con le risorse limitate.

Kit della prova COVID-19

Parecchi kit rapidi della prova sono attualmente disponibili per la diagnosi di COVID-19. Malgrado il loro uso molto diffuso, questi a kit diagnostici basati a antigene sono associati con accuratezza e la sensibilità diminuite rispetto all'analisi di RT-PCR. Questi kit quindi sono considerati inaffidabili per esattamente la rilevazione della presenza di COVID-19, specialmente in persone asintomatiche.

Studio: rilevazione del Minuto-disgaggio di SARS-CoV-2 facendo uso di un biosensore a basso costo composto di elettrodi di grafite della matita. Credito di immagine: danielmarin/Shutterstock.com

Di conseguenza, rimane un bisogno urgente per una rapida, a basso costo e kit diagnostici altamente sensibili per l'individuazione tempestiva di SARS-CoV-2. In questo contesto, parecchi dispositivi portatili sono stati destinati e basato stati alle sulle tecnologie elettrochimiche, colorimetriche, sierologiche e basate a molecolare per offrire una diagnosi rapida del virus. Sebbene questi kit diagnostici siano accurati, tendono ad essere più lenti e più costosi dei kit correnti della prova, mentre però richiedendo i materiali e le attrezzature che non sono facilmente accessibili.

In un nuovo studio pubblicato negli atti dell'Accademia nazionale delle scienze, gli scienziati discutono lo sviluppo di uno strumento diagnostico della rapida COVID-19 conosciuto come il sistema diagnostico avanzato elettrochimico a basso costo (CAVO). La tecnologia del CAVO è basata sui materiali altamente accessibili ed economici, di cui includa la mina di grafite per matite e una fiala di plastica.

PIOMBO, una rapida e un biosensore elettrochimico a basso costo. (A) Rappresentazione schematica degli elettrodi di grafite utilizzati nel CAVO. (B) functionalization di AuNPs-cys sugli elettrodi di grafite dopo modifica con glutaraldeide. (C) modifica di AuNPs-cys con ACE2 facendo uso di EDC e di NHS per permettere alla formazione schiava dell
PIOMBO, una rapida e un biosensore elettrochimico a basso costo. (A) Rappresentazione schematica degli elettrodi di grafite utilizzati nel CAVO. (B) functionalization di AuNPs-cys sugli elettrodi di grafite dopo modifica con glutaraldeide. (C) modifica di AuNPs-cys con ACE2 facendo uso di EDC e di NHS per permettere alla formazione schiava dell'ammide e a BSA per il bloccaggio di superficie. La risposta analitica di CAVO in presenza di SARS-CoV-2 è stata basata su soppressione corrente dovuto l'associazione selettiva dello SP virale con l'elettrodo di ACE2-functionalized, che parzialmente ha bloccato l'area electrodic, piombo al picco di corrente in diminuzione della soluzione redox 3−/4− della sonda ([tecnico di assistenza (CN) 6]). (D) confronto di periodo di individuazione e di costo fra PIOMBO e l'antigene approvato dalla FDA attuale, sierologici e le prove molecolari (47).

Progettazione al del kit basato a biosensore di sistema diagnostico SARS-CoV-2 della nuova grafite

Questo kit (DIY) diagnostico da fare da soli consiste di un trasduttore fatto dei cavi della grafite modificati con il ricevitore umano dell'enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2) e una fiala di plastica. Questa unità elettrochimica sfrutta l'affinità obbligatoria SARS-CoV-2 della proteina della punta (s) e dei ricevitori umani ACE2. La reazione elettrochimica ha luogo nell'elettrodo di grafite, che infine ottiene convertito in segnale analitico rilevabile che functionalized con il metodo della goccia-colata.

Oltre al trasduttore ed alla fiala, un insieme dei modificatori è egualmente presente all'interno di questo kit, che è determinante per il mantenimento della sensibilità alta del sensore. Questi modificatori includono la glutaraldeide (GA), le nanoparticelle dell'oro (AuNPs), la cisteamina (cys), ACE2 e l'albumina di siero bovino (BSA).

In questo strumento diagnostico, l'elettrodo funzionante della grafite (WE) è stato modificato con AuNPs che è stato stabilizzato facendo uso dei cys, che contribuisce ad ancorare ACE2. I siti attivi restanti presenti sulla superficie dell'elettrodo sono bloccati da BSA, che impedisce le interazioni non specifiche l'avvenimento fra il campione clinico ed il biosensore.

L'elettrodo funzionante della grafite di questo sensore può essere attivato in meno di 3 ore. Una volta che attivato, l'elettrodo rimane stabile per gli oltre 5 giorni una volta tenuto nella soluzione salina (PBS) tamponata con i fosfati a 4°C. Ulteriormente, i cavi modificati della grafite sono stati trovati per essere altamente sensibili per la rilevazione della proteina di S di SARS-CoV-2, mentre simultaneamente eliminavano tutta la reattività crociata dall'avvenimento fra il sensore ed altri virus pertinenti. L'accuratezza di questa unità è stata studiata da 113 di valutazione OP, dal NP e dai campioni del paziente della saliva.

Vantaggi di nuovo kit di sistema diagnostico SARS-CoV-2

Questa unità di prova offre la rilevazione in loco SARS-CoV-2 in 6,5 minuti, che è considerevolmente più veloce dei kit diagnostici che sono stati approvati dagli Stati Uniti Food and Drug Administration (FDA).

L'unità di CAVO può essere fabbricata facendo uso dei materiali che non sono costosi, così supportanti l'uso di questa tecnologia per i kit a basso costo di sistema diagnostico SARS-CoV-2. Infatti, i ricercatori stimano che il costo di singola unità di CAVO sia intorno $1,50. Di conseguenza, a causa della sua redditività e della progettazione di DIY, il nuovo test diagnostico della rapida COVID-19 ha potuto offrire un'occasione della prova ad alta frequenza popolazione di ampiezza nei paesi più a basso reddito.

Applicabilità di CAVO

Ulteriori studi saranno necessari valutare l'efficacia della tecnologia del CAVO nella rilevazione delle varianti più nuove SARS-CoV-2. Se riusciti, questi kit potessero permettere all'individuazione tempestiva di nuove varianti, che avrebbero assistito nella diminuzione la diffusione e della trasmissione di nuove varianti prima che diventassero dominanti.

I vantaggi principali di questa unità comprendono il sui basso costo, alta sensibilità ed accuratezza. Questa unità quindi sarebbe un candidato ideale per sorveglianza della popolazione, in grado di contribuire ad impedire gli scoppi futuri accadere. La fabbricazione in serie di questo kit diagnostico è possibile perché la modifica di molti elettrodi può essere realizzata simultaneamente, quindi assicurandosi che la fabbricazione automatizzata di questa unità sia stata possibile.  

I ricercatori dello studio corrente sono ottimisti che il loro sensore novello può essere applicato oltre il virus COVID-19. Questa tecnologia può essere usata per la rilevazione di una vasta gamma di agenti patogeni quali altri virus, batteri e funghi, finchè l'agente infettante ed il suo ricevitore sono disponibili.

Journal reference:
Dr. Priyom Bose

Written by

Dr. Priyom Bose

Priyom holds a Ph.D. in Plant Biology and Biotechnology from the University of Madras, India. She is an active researcher and an experienced science writer. Priyom has also co-authored several original research articles that have been published in reputed peer-reviewed journals. She is also an avid reader and an amateur photographer.

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