Team udvikler hurtig SARS-CoV-2-test baseret på ny plasmonisk-fluor biomærkningsteknologi

Ingeniører ved McKelvey School of Engineering ved Washington University i St. Louis har modtaget føderal finansiering til en hurtig COVID-19-test ved hjælp af en nyudviklet teknologi.

Srikanth Singamaneni, professor i maskinteknik og materialevidenskab, og hans team har udviklet en hurtig, meget følsom og nøjagtig biosensor baseret på en ultralys fluorescerende nanoprobe, som har potentiale til at blive bredt udbredt.

Kaldes plasmonisk-fluor, den ultraklare fluorescerende nanoprobe kan også hjælpe under ressourcebegrænsede forhold, fordi det kræver færre komplekse instrumenter at læse resultaterne.

Singamaneni antager, at deres plasmonisk-fluor-baserede biosensor vil være 100 gange mere følsom sammenlignet med den konventionelle SARS-CoV-2-antistofpåvisningsmetode. Øget følsomhed ville gøre det muligt for klinikere og forskere lettere at finde positive tilfælde og mindske chancen for falske negative.

Plasmonisk-fluor virker ved at øge fluorescenssignalet til baggrundsstøj. Forestil dig at prøve at fange ildfluer udenfor på en solskinsdag. Du kan måske nette en eller to, men mod solens skær, de små skurke er svære at se. Hvad hvis disse ildfluer havde den samme lysstyrke som en kraftig lommelygte?

Plasmonisk-fluor skruer effektivt op for lysstyrken af ​​fluorescerende etiketter, der bruges i en række forskellige biosensing- og biobilleddannelsesmetoder. Ud over COVID-19-test, det kan potentielt bruges til at diagnosticere, for eksempel, at en person har haft et hjerteanfald ved at måle niveauerne af relevante molekyler i blod- eller urinprøver.

Ved at bruge plasmonic-fluor, som er sammensat af guld nanopartikler belagt med konventionelle farvestoffer, forskere har været i stand til at opnå op til 6, 700 gange lysere fluorescerende nanomærke sammenlignet med konventionelle farvestoffer, hvilket potentielt kan føre til tidlig diagnose. Ved at bruge denne nanolabel som en ultralys lommelygte, de har demonstreret påvisningen af ​​ekstremt små mængder af målbiomolekyler i biovæsker og endda molekyler til stede på cellerne.

Undersøgelsen blev offentliggjort i 20. april-udgaven af Natur biomedicinsk teknik .

Guld nanopartikler tjener som pejlemærker

I biomedicinsk forskning og kliniske laboratorier, fluorescens bruges som et fyrtårn til at se og følge målbiomolekyler med præcision. Det er et yderst nyttigt værktøj, men det er ikke perfekt.

"Problemet med fluorescens er, i mange tilfælde, det er ikke tilstrækkeligt intenst, " sagde Singamaneni. Hvis det fluorescerende signal ikke er stærkt nok til at skille sig ud mod baggrundssignaler, ligesom ildfluer mod solens skær, forskere savner måske at se noget mindre rigeligt, men vigtigt.

"At øge lysstyrken af ​​et nanomærke er ekstremt udfordrende, " sagde Jingyi Luan, hovedforfatter af papiret. Men her, det er guldnanopartiklen, der sidder i midten af ​​plasmonisk fluor, der virkelig gør arbejdet med effektivt at forvandle ildfluerne til lommelygter, så at sige. Guldnanopartiklen fungerer som en antenne, stærkt absorberende og spredende lys. Det stærkt koncentrerede lys ledes ind i fluoroforen placeret omkring nanopartiklerne. Ud over at koncentrere lyset, nanopartiklerne fremskynder emissionshastigheden af ​​fluoroforerne. Taget sammen, disse to effekter øger fluorescensemissionen.

I det væsentlige, hver fluorofor bliver et mere effektivt fyrtårn, og de 200 fluoroforer, der sidder omkring nanopartiklerne, udsender et signal, der er lig med 6, 700 fluoroforer.

Ud over at detektere små mængder af molekyler, sansningstiden kan forkortes ved at bruge plasmonic-fluor, da lysere beacons betyder, at færre indfangede proteiner er nødvendige for at bestemme deres tilstedeværelse.

Forskerne har også vist, at plasmonisk-fluor tillader påvisning af flere proteiner samtidigt. Og i flowcytometri, plasmonic-fluors lysende effekt giver mulighed for en mere præcis og følsom måling af proteiner på celleoverfladen, hvis signal kan være blevet begravet i baggrundsstøjen ved hjælp af traditionel fluorescerende tagging.

Der har været andre bestræbelser på at forbedre fluorescerende tagging i billeddannelse, men mange kræver brug af en helt ny arbejdsgang og måleplatform. Ud over plasmonic-fluors evne til i høj grad at øge følsomheden og reducere sansetiden, det kræver ingen ændringer af eksisterende laboratorieværktøjer eller -teknikker.

Teknologien er blevet licenseret til Auragent Bioscience LLC af Washington University's Office of Technology Management. Auragent er i gang med at videreudvikle og opskalere produktionen af ​​plasmoniske fluor til kommercialisering.