Ultrahurtig, on-chip PCR kunne fremskynde diagnosen under pandemier

Omvendt transkription-polymerase-kædereaktion (RT-PCR) har været guldstandarden for diagnose under COVID-19-pandemien. Imidlertid, PCR-delen af ​​testen kræver omfangsrig, dyre maskiner og tager omkring en time at færdiggøre, gør det svært hurtigt at diagnosticere nogen på et teststed. Nu, forskere, der rapporterer i ACS Nano har udviklet en plasmafluidisk chip, der kan udføre PCR på kun omkring otte minutter, som kunne fremskynde diagnosticering under nuværende og fremtidige pandemier.

Hurtig diagnose af COVID-19 og andre meget smitsomme virussygdomme er vigtig for rettidig medicinsk behandling, karantæne og kontaktopsporing. I øjeblikket, RT-PCR –– som bruger enzymer til at reversere transskribere små mængder viralt RNA til DNA, og derefter amplificere DNA'et, så det kan påvises af en fluorescerende probe –– er den mest følsomme og pålidelige diagnostiske metode. Men fordi PCR-delen af ​​testen kræver 30-40 cyklusser af opvarmning og afkøling i specielle maskiner, det tager omkring en time at udføre, og prøver skal typisk sendes til et laboratorium, betyder, at en patient normalt skal vente en dag eller to på at få sin diagnose. Ki-Hun Jeong og kolleger ønskede at udvikle en plasmafluidisk PCR-chip, der hurtigt kunne opvarme og afkøle minimale mængder væsker, muliggør nøjagtig diagnose på en brøkdel af tiden.

Forskerne udtænkte en frimærkestørrelse polydimethylsiloxanchip med et mikrokammerarray til PCR-reaktionerne. Når en dråbe prøve tilsættes chippen, et vakuum trækker væsken ind i mikrokamrene, som er placeret over glas nanopiller med guld nanoøer. Eventuelle mikrobobler, som kunne interferere med PCR-reaktionen, diffunderer ud gennem en luftgennemtrængelig væg. Når en hvid LED tændes under chippen, guld nanoøerne på nanopillerne omdanner hurtigt lys til varme, og afkøles derefter hurtigt, når lyset er slukket. Forskerne testede enheden på et stykke DNA indeholdende et SARS-CoV-2-gen, opnår 40 opvarmnings- og afkølingscyklusser og fluorescensdetektion på kun fem minutter, med yderligere tre minutter til prøveindlæsning. Amplifikationseffektiviteten var 91 %, hvorimod en sammenlignelig konventionel PCR-proces har en effektivitet på 98 %. Med det omvendte transkriptasetrin tilføjet før prøveindlæsning, hele testtiden med den nye metode kan tage 10 til 13 minutter, i modsætning til omkring en time for typisk RT-PCR-testning. Den nye enhed kan give mange muligheder for hurtig point-of-care diagnostik under en pandemi, siger forskerne.