Bekæmpelse af respiratoriske virusudbrud gennem nano-popcorn sensor-baseret hurtig detektion

Virale luftvejssygdomme er let overførbare og kan spredes hurtigt over hele kloden, forårsager betydelig skade. Den igangværende COVID-19-pandemi er et vidnesbyrd om dette. Også i fortiden andre vira har forårsaget massive udbrud af luftvejssygdomme:f.eks. en undertype af influenzavirus, type A H1N1 virus, var ansvarlig for den spanske syge og svineinfluenza-udbruddene. Dermed, at forhindre sådanne sundhedskriser i fremtiden, rettidig og nøjagtig diagnose af disse vira er afgørende. Det er præcis, hvad forskere fra Korea har forsøgt at arbejde hen imod, i deres helt nye undersøgelse.

I flere årtier nu, polymerasekædereaktion (PCR)-baserede assays har været guldstandarden til påvisning af influenzavirus. Og selvom disse analyser er meget følsomme, de kan kræve dyre reagenser og komplicerede protokoller. Et potentielt bedre alternativ kan være "surface-enhanced Raman scattering" (SERS). SERS-baserede analyser fungerer ved at deponere en væskeprøve på et substratmateriale med en nanostruktureret ædelmetaloverflade. Virale partikler fra prøverne detekteres, når de hybridiserer med substratbundne "aptamerer, " molekyler, der kan binde til specifikke målmolekyler. Denne binding detekteres visuelt som en ændring i "signalintensitet, ", som falder, når virusmængden stiger på grund af konformationsændringer på substratet. en væsentlig ulempe ved disse assays er den dårlige reproducerbarhed af signaler fra heterogene hot junctions (elektron-tætte områder, der bidrager til signaler).

I et forsøg på at overvinde denne udfordring, de førnævnte forskere fra Chung-Ang University og Korea Institute of Materials Science, ledet af professor Jaebum Choo, designet et nyt 3-D "nano-popcorn" plasmonisk substrat. Apropos betydningen af ​​deres undersøgelse offentliggjort i Biosensorer og bioelektronik , Prof Choo siger, "Smitsom sygdom, forårsaget af luftvejsinfluenza, SARS, MERS, og SARS-2 vira, kan spredes periodisk og er en trussel mod global sundhed. Vores SERS-baserede aptasensor-tilgang giver en ny diagnostisk platform for respiratoriske infektionssygdomme i fremtiden."

I deres design, forskerne belagde to lag guldpartikler på et polymersubstrat ved hjælp af termisk fordampning sekventielt. De to lag blev adskilt ved behandling med en forbindelse kaldet "perfluordecanethiol:(PFDT). Energiforskellen mellem PFDT og guldlaget var det, der fik guldionerne til at diffundere til overfladen, danner nanopartikler, der fremstår som "popcorns" med ensartet afstand. Dette arrangement styrkede tilsammen signalintensiteten, der blev produceret, ved at generere flere "hotspots" på underlaget.

Forskerne vurderede derefter analysens ydeevne ved hjælp af forskellige koncentrationer af H1N1-virus. De opdagede med succes forskellige virale belastninger på kun 20 minutter og fra et minutvolumen på 3 μL (3 mikroliter:a 1000 ^th del af 3 ml). I øvrigt, systemet kunne også klassificere forskellige stammer af influenzavirus nøjagtigt og detekterede H1N1-vira med en følsomhed, der er tre gange højere end i de rutinemæssigt anvendte ELISA-tests. Ikke kun dette, analysen viste sig at være yderst reproducerbar. Tilfreds med resultaterne, Prof. Choo udtaler, "Vores analysesystem muliggjorde den ultrafølsomme og pålidelige analyse af influenzavirussen. En sådan metode ville muliggøre tidlig diagnose, lette påbegyndelse af antiviral behandling, og sørge for infektionsovervågning, især for dem med høj risiko for virus-relaterede komplikationer."

Faktisk, holdet er overbevist om, at deres resultater kan en skønne dag, bruges til at bekæmpe den nuværende pandemi. Prof. Choo siger, "Vi er i øjeblikket ved at udvikle en SERS-baseret aptasensor til hurtig diagnosticering af coronavirus fra menneskelige luftvejsprøver. Vi udvikler også en ny diagnostisk tilgang til at skelne mellem influenza A-virus og coronavirus."

Forhåbentlig, den nye "nano-popcorn"-analyse kan hjælpe med at bekæmpe mange store sundhedskriser i fremtiden.