紙ベースのセンサーがCOVID-19を数分で検出

COVID-19のパンデミックが世界中に広がり続けているため、ウイルスを追跡して封じ込めるための重要な戦略はテストのままです。研究者は、5分未満でウイルスの存在を検出できる紙ベースの電気化学センサーを使用した迅速で超高感度のテストを開発しました。

市場に出回っているCOVID-19検査には大きく分けて2つのカテゴリーがあります。 1つ目は、逆転写酵素リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（RT-PCR）と核酸ハイブリダイゼーション戦略を使用してウイルスRNAを同定します。いくつかの欠点には、テストを完了するのにかかる時間、専門の担当者の必要性、および機器と試薬の可用性が含まれます。 2番目のカテゴリーは抗体の検出に焦点を当てています。ただし、検出可能な抗体を生成するために人がウイルスにさらされてから数日から数週間の遅延が発生する可能性があります。

近年、研究者は、グラフェンなどの2Dナノ材料を使用して疾患を検出するポイントオブケアバイオセンサーの作成にある程度成功しています。これらのバイオセンサーの主な利点は、感度、製造コストの低さ、および迅速な検出のターンアラウンドです。グラフェンは、高感度の電気化学センサーの開発に理想的な独自の機械的および電気化学的特性を示します。チームは、SARS-CoV-2遺伝物質の存在を選択的に検出するために、電気的読み出しセットアップを備えたグラフェンベースの電気化学バイオセンサーを作成しました。

バイオセンサーには2つのコンポーネントがあります。電気的読み取り値を測定するプラットフォームとウイルスRNAの存在を検出するプローブです。プラットフォームを作成するために、研究者は最初に濾紙をグラフェンナノプレートレットの層でコーティングして導電性フィルムを作成しました。次に、電気的読み取り用の接触パッドとして、事前定義されたデザインの金電極をグラフェンの上に配置しました。金とグラフェンはどちらも高い感度と導電性を備えているため、このプラットフォームは電気信号の変化を検出するために超高感度になっています。

現在のRNAベースのCOVID-19テストでは、SARS-CoV-2ウイルス上のN遺伝子（ヌクレオカプシドリン酸化タンパク質）の存在をスクリーニングします。この研究では、チームはN遺伝子の2つの領域をターゲットとするアンチセンスオリゴヌクレオチド（ASO）プローブを設計しました。 2つの領域をターゲットにすると、1つの領域で遺伝子変異が発生した場合のセンサーの信頼性が保証されます。金ナノ粒子（AuNP）は、これらの一本鎖核酸（ssDNA）で覆われています。これは、SARS-CoV-2RNAの超高感度センシングプローブです。

研究者たちは以前、以前の研究で開発されたセンシングプローブの感度を示しました。ウイルスRNAとこれらのプローブのハイブリダイゼーションは、センサーの電気的応答に変化を引き起こします。 AuNPキャップは電子伝達を加速し、センシングプラットフォーム上でブロードキャストされると、出力信号が増加し、ウイルスの存在を示します。

チームは、COVID-19の陽性および陰性サンプルを使用してセンサーの性能をテストしました。センサーは、陰性サンプルと比較して陽性サンプルの電圧の有意な増加を示し、5分未満でウイルス遺伝物質の存在を確認しました。さらに、センサーはこれらのサンプルのウイルスRNA負荷を区別することができました。ウイルス量は、感染の進行を示す重要な定量的指標であり、既存の診断方法を使用して測定することは困難です。

このプラットフォームは、その移植性と低コストにより、広範囲にわたるアプリケーションを備えています。センサーは、マイクロコントローラーやLEDスクリーン、またはBluetoothやWiFiを介してスマートフォンと統合すると、診療所や自宅のポイントオブケアで使用できます。チームは、COVID-19以外にも、このシステムがさまざまな病気の検出に適応できると予測しています。