Påvisning af COVID-19-antistoffer på 10 sekunder

Forskere ved Carnegie Mellon University rapporterer resultater om en avanceret nanomateriale-baseret biosensing platform, der detekterer, inden for sekunder, antistoffer, der er specifikke for SARS-CoV-2, virussen, der er ansvarlig for COVID-19-pandemien. Ud over test, platformen vil hjælpe med at kvantificere patientens immunologiske respons på de nye vacciner med præcision.

Resultaterne blev offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Avancerede materialer . Carnegie Mellons samarbejdspartnere omfattede University of Pittsburgh (Pitt) og UPMC.

Testplatformen identificerer tilstedeværelsen af ​​to af virusets antistoffer, spike S1-protein og receptorbindingsdomæne (RBD), i en meget lille dråbe blod (ca. 5 mikroliter). Antistofkoncentrationer kan være ekstremt lave og stadig detekteres under én picomolær (0,15 nanogram pr. milliliter). Denne påvisning sker gennem en elektrokemisk reaktion i en håndholdt mikrofluidisk enhed, som sender resultater næsten øjeblikkeligt til en simpel grænseflade på en smartphone.

"Vi brugte de seneste fremskridt inden for materialer og fremstilling, såsom nanopartikel 3-D-print til at skabe en enhed, der hurtigt opdager COVID-19-antistoffer, " sagde Rahul Panat, en lektor i maskinteknik ved Carnegie Mellon, der bruger specialiserede additive fremstillingsteknikker til forskning lige fra hjerne-computer-grænseflader til biomonitoreringsenheder.

En additiv fremstillingsteknologi kaldet aerosol jet 3-D print er ansvarlig for effektiviteten og nøjagtigheden af ​​testplatformen. Lille bitte, billige guldmikropillar-elektroder printes i nanoskala ved hjælp af aerosoldråber, der er termisk sintret sammen. Dette forårsager en ru, uregelmæssig overflade, der giver øget overfladeareal af mikropillerne og en forbedret elektrokemisk reaktion, hvor antistoffer kan hæfte sig på antigener belagt på elektroden. Den specifikke geometri gør det muligt for mikropillerne at indlæse flere proteiner til påvisning, hvilket resulterer i meget præcise, hurtige resultater.

Testen har en meget lav fejlrate, fordi bindingsreaktionen mellem antistoffet og antigenet, der anvendes i enheden, er meget selektiv. Forskerne var i stand til at udnytte dette naturlige design til deres fordel.

Resultaterne kommer på et presserende tidspunkt under COVID-19-pandemien. "Fordi vores teknik kan kvantificere immunresponset på vaccination, det er meget relevant i det nuværende miljø, " sagde Panat.

Panat samarbejdede med Shou-Jiang Gao, leder af cancervirologiprogrammet ved UPMC's Hillman Cancer Center og professor i mikrobiologi og molekylær genetik ved Pitt. Azahar Ali, en forsker i Panats Advanced Manufacturing and Materials Lab, var hovedforfatter af undersøgelsen.

Hurtig diagnosticering til behandling og forebyggelse af overførbare sygdomme er et folkesundhedsproblem, der rækker ud over den nuværende COVID-19-pandemi. Fordi den foreslåede sensorplatform er generisk, det kan bruges til hurtig påvisning af biomarkører for andre smitsomme stoffer såsom ebola, HIV, og Zika. Sådan en hurtig og effektiv test kunne være en game-changer for at kontrollere spredningen af ​​sygdomme.