Вчені створили біосенсори на основі графену для експрес-тесту на COVID-19. Такий тест можна буде зробити самостійно вдома і отримати результат менше ніж за десять хвилин. Робота опублікована в журналі Matter.
Про наявність вірусу і його вплив на організм можна судити за різними біомаркерів. Наприклад, результатом відповіді імунної системи на антиген вірусу служать антитіла, причому для кожного типу вірусу організм виробляє специфічні антитіла. Залежно від стадії захворювання, це можуть бути імуноглобулін G (IgG) або імуноглобулін M (IgM). Інші маркери - нуклеокапсідний білок, який грає роль в складанні нових вірусних частинок і С-реактивний білок, який показує тяжкість захворювання. В даний час існує безліч методів для виявлення цих маркерів, один з яких - електрохімічний.
Електрохімічний спосіб детектування молекул дозволяє визначати їх концентрацію зі зміни протікає між електродами струму. Один з електродів (робочий) виконує роль підкладки для збірки біологічної структури, яка взаємодіє з детектіруемих маркерами. Залежно від концентрації маркера, який зв'язався зі структурою змінюється опір, а значить і ток між електродами. Аналіз цих важливих біологічних елементів структури, які називаються функціональними, може бути різних типів - прямим (з використання одного антитіла), непрямим (використовуються два антитіла, одне з яких мічене), типу «сендвіч» (білок, який потрібно зареєструвати знаходиться між двома антитілами.
Команда вчених з Каліфорнійського технологічного інституту під керівництвом Вей Гао (Wei Gao) розробила і виготовила електрохімічний мультісенсор, який одночасно може вимірювати чотири маркери - IgG, IgM, C-реактивний і нуклеокапсідний білки. Увага в своєму дослідження автори сфокусували на детектировании вірусу SARS-CoV-2.
Мультісенсор складається з чотирьох окремих робочих площадок-електродів і загального електрода, який оперізує ці майданчики. Вся функціональна структура сенсора знаходиться на робочих графенових електродах і складається з линкера, антитіл і мічених антитіл. Лінкер необхідний для стабілізації поверхні графену, і з'єднання з антитілом або іншим білком. Для реєстрації С-реактивного і нуклеокапсідний білків, автори пришивали до Лінкер антитіло, яке специфічно пов'язувалося з потрібним білком, а потім зверху додавали ще одне мічене антитіло для посилення сигналу.
Така структура називається «сендвіч» і має високу чутливість через наявність двох антитіл. Структура для детектування IgG і IgM виглядає простіше і складається зі шматочка самого вірусу SARS-CoV-2, з яким зв'язується антитіло, і міченого антитіла. Через наявність другого антитіла, така структура називається непрямий.
Результати експериментів на реальних біологічних рідинах. Зміна струму через катоди для (a) здорового і (b) хворого випробовуваних. (C) гістограми порівняння здорових і хворих для кожного типу маркера. (D), (e) порівняння результатів для плазми крові і слини, (f) зв'язок рівня С-реактивного білка з тяжкістю захворювання.
У пошуках кращої конфігурації для вимірювання всіх чотирьох маркерів, вчені тестували різні лінкери і типи функціональних структур і показали, що обраний набір оптимальний з точки зору чутливості і специфічності. Вони протестували сенсор для інших схожих вірусів SARS-CoV і MERS-CoV, щоб показати його специфічність до SARS-CoV-2.
Крім вимірювань розбавлених в буферному розчині маркерів, автори протестували сенсор на реальних біологічних рідинах - плазмі крові і слині.
Результати для плазми виявилися більш контрастними, але в обох випадках вони змогли достовірно визначити наявність вірусу і оцінити тяжкість захворювання.
Наявність доступних і чутливих експрес-тестів на COVID-19 може значно спростити життя в період пандемії і допомогти в боротьбі з нею. Для цього можна використовувати не тільки сенсори або інші розробки, а й, наприклад, собак. Німецькі вчені вже проводять дослідження і тренують собак знаходити COVID-19 по запаху.
Оксана Борзенкова https: // nplus1. ru /.
Ключові слова:.