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新冠检测新突破!无需试剂 纸基电化学传感器5分钟内就能出结果

发布时间: 2020-12-16

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随着新冠病毒继续在世界各地蔓延,检测仍然是跟踪和控制病毒的一项关键策略。据报道,美国伊利诺伊大学格兰杰工程学院生物工程研究生Maha Alafeef所在的研究团队开发出了一种快速、超灵敏的检测方法,即使用一种纸基电化学传感器,就可以在5分钟内检测出病毒的存在。


“目前,我们正在经历一场百年一遇的事件,”Alafeef说,“我们正在通过开发多学科工具来早期发现、诊断和治疗新冠病毒,以一种整体方法来应对这一全球需求。”


事实上,当前市场上有两大类新冠病毒检测方法。第一类是利用逆转录酶实时聚合酶链反应(RT-PCR)和核酸杂交策略来鉴定病毒RNA。目前FDA批准的诊断测试使用就是这种技术。但其缺点是,测试所需时间相对较长、需要专门的人员以及设备和试剂的可用性。第二类测试则侧重于抗体的检测。但需注意的是,人类在接触病毒后产生可检测到抗体的时间可能会延后几天,甚至是几周

近年来,研究人员在利用石墨烯等2D纳米材料检测疾病方面取得了一些成功,创造了即时检测(point-of-care)生物传感器。基于石墨烯的生物传感器的主要优点是灵敏度高、生产成本低、检测速度快。


“可以说,石墨烯的发现为传感器的发展开辟了一个新的时代。石墨烯具有独特的力学和电化学性能,使其成为发展敏感电化学传感器的理想材料。”Alafeef说。该团队创建了一种基于石墨烯的电化学生物传感器,带有电子读出装置,可以选择性地检测SARS-CoV-2遗传物质的存在。


这种生物传感器有两个组成部分:一个测量电子读出的平台和检测病毒RNA存在的探针。为了创建这个平台,研究人员首先在滤纸上涂上一层石墨烯纳米薄片,以创建一个导电膜。然后,他们在石墨烯上放置一个预先设计好的金电极,作为电读数的接触垫。金和石墨烯都具有很高的灵敏度和导电性,这使得该平台在检测电信号变化时具有超高的灵敏度。


目前,基于RNA的新冠病毒检测是筛选在SARS-CoV-2病毒上存在的N-基因(核衣壳磷蛋白)。在本研究中,该小组设计了反义寡核苷酸(ASOS)探针,针对N-基因的两个区域。当一个区域发生基因突变时,针对两个区域可以保证传感器的可靠性。此外,金纳米粒子(AuNP)被这些单链核酸(Ssdna)覆盖,这显示出传感探针的超灵敏性。


该团队使用新冠病毒检测呈阳性和阴性的样品分别测试了该传感器的性能。与阴性样品相比,传感器显示阳性样品的电压显著升高,并在不到5分钟的时间内确认了病毒RNA的存在。此外,该传感器能够区分这些样品中的病毒RNA载量。病毒载量是衡量感染进展的重要量化指标,也是使用现有诊断方法进行测量的一个挑战。



研究人员表示,便携性和低成本让该传感器具有广泛的应用性。其与微控制器和LED屏幕集成在一起,或者通过蓝牙或WiFi与智能手机连在一起,可以在医生办公室甚至家庭医疗点使用。除新冠病毒之外,研究团队认为该系统还适用于检测许多不同疾病的病毒。


来源:科技日报


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