Grafen kan bruges til at opdage COVID-19 hurtigt, præcist

Forskere ved University of Illinois Chicago har med succes brugt grafen - en af ​​de stærkeste, tyndeste kendte materialer - for at påvise SARS-CoV-2-virus i laboratorieforsøg. Forskerne siger, at opdagelsen kan være et gennembrud i corona-detektion, med potentielle anvendelser i kampen mod COVID-19 og dens varianter.

I eksperimenter, forskere kombinerede ark af grafen, som er mere end 1, 000 gange tyndere end et frimærke, med et antistof designet til at målrette det berygtede spidsprotein mod coronavirus. De målte derefter vibrationerne på atomniveau af disse grafenark, når de blev udsat for COVID-positive og COVID-negative prøver i kunstigt spyt. Disse ark blev også testet i nærværelse af andre coronavirus, som Mellemøstens respiratoriske syndrom, eller MERS-CoV.

UIC-forskerne fandt ud af, at vibrationerne i det antistof-koblede grafenark ændrede sig, når det blev behandlet med en COVID-positiv prøve, men ikke ved behandling med en COVID-negativ prøve eller med andre coronavirus. Vibrationsændringer, målt med en enhed kaldet et Raman-spektrometer, var tydelige på under fem minutter.

Deres resultater er offentliggjort i dag i tidsskriftet ACS Nano .

"Vi har udviklet grafensensorer i mange år. vi har bygget detektorer til kræftceller og ALS. Det er svært at forestille sig en mere presserende ansøgning end at hjælpe med at dæmme op for spredningen af ​​den nuværende pandemi, " sagde Vikas Berry, professor og leder af kemiteknik ved UIC College of Engineering og seniorforfatter af papiret. "Der er et klart behov i samfundet for bedre måder til hurtigt og præcist at opdage COVID og dens varianter, og denne forskning har potentialet til at gøre en reel forskel. Den modificerede sensor er meget følsom og selektiv over for COVID, og det er hurtigt og billigt."

"Dette projekt har været et utroligt nyt svar på behovet og efterspørgslen efter påvisning af vira, hurtigt og præcist, " sagde undersøgelsens medforfatter Garrett Lindemann, en forsker med Carbon Advanced Materials and Products, eller CAMP. "Udviklingen af ​​denne teknologi som en klinisk testanordning har mange fordele i forhold til de aktuelt implementerede og anvendte tests."

Berry siger, at grafen har unikke egenskaber, der gør det meget alsidigt, gør denne type sensor mulig.

Grafen er et enkeltatom-tykt materiale, der består af kulstof. Kulstofatomer er bundet af kemiske bindinger, hvis elasticitet og bevægelse kan frembringe resonansvibrationer, også kendt som fononer, som kan måles meget nøjagtigt. Når et molekyle som et SARS-CoV-2-molekyle interagerer med grafen, det ændrer disse resonansvibrationer på en meget specifik og kvantificerbar måde.

"Graphen er kun et atom tykt, så et molekyle på dets overflade er relativt enormt og kan producere en specifik ændring i dets elektroniske energi, " sagde Berry. "I dette eksperiment, vi modificerede grafen med et antistof og, i det væsentlige, kalibrerede det til kun at reagere med SARS-CoV-2 spike-proteinet. Ved at bruge denne metode, grafen kunne på samme måde bruges til at opdage COVID-19-varianter."

Forskerne siger, at de potentielle anvendelser for en grafen-sensor på atomniveau - fra påvisning af COVID til ALS til kræft - fortsætter med at udvide sig.