У вас кашель, боль в горле и заложенность носа? Любое количество респираторных вирусов может быть ответственным. Обычные тесты могут выявить некоторых вероятных виновников, полагаясь на химические реакции, но некоторые исследователи хотят заменить химию электрическими изменениями, воспринимаемыми наноматериалами. Сегодня ученые сообщают об использовании наноматериала толщиной в один атом для создания устройства, которое может одновременно обнаруживать присутствие вирусов, вызывающих COVID-19 и грипп; на гораздо более низких уровнях и гораздо быстрее, чем обычные тесты для обоих.
Исследователи представят свои результаты на весенней встрече Американского химического общества (ACS). ACS Spring 2023 — это гибридная встреча, которая проводится виртуально и лично с 26 по 30 марта и включает более 10 000 презентаций по широкому кругу научных тем.
Симптомы как гриппа, так и COVID-19 значительно перекрываются, что затрудняет их различие, отмечает Деджи Акинванде, доктор философии, который представляет работу на встрече.
Когда оба этих вируса циркулируют вместе, как это было ранее этой зимой, было бы чрезвычайно полезно иметь датчик, который может одновременно определять, есть ли у вас COVID, грипп, ничего из вышеперечисленного или и то, и другое».
Деджи Акинванде, доктор философии.
Акинванде из Техасского университета в Остине говорит, что устройство, которое он и его коллеги разрабатывают, можно модифицировать и для проверки на другие инфекции.
Группа, в которую входил Дмитрий Киреев, доктор философии, постдоктор в лаборатории Акинванде, сконструировала датчик COVID-19 и гриппа с использованием графена, одного слоя атомов углерода, расположенных в виде гексагональной решетки. Его чрезвычайная тонкость делает графен очень чувствительным к любым электрическим изменениям в окружающей среде. Акинванде и другие исследователи видят огромный потенциал в использовании этого и других подобных наноматериалов для создания датчиков для самых разных приложений.
«Эти ультратонкие наноматериалы, как правило, являются рекордсменами по наилучшей чувствительности, вплоть до обнаружения отдельных атомов, и они могут улучшить способность обнаруживать очень небольшие количества практически всего, что необходимо обнаружить, будь то бактерии или вирусы. газом или кровью», — говорит Акинванде.
Ранее его группа сообщила о разработке временной татуировки на основе графена, которая могла бы контролировать кровяное давление. Татуировка состоит из пар датчиков, размещенных вдоль артерий руки. Одна половина каждой пары посылает электрический ток, который обнаруживает ее партнер. Этот сигнал используется для определения кровотока.
Чтобы создать датчик инфекции, исследователи должны были заставить графен реагировать на присутствие вирусного белка. Для этого они обратили внимание на иммунную систему, которая вырабатывает антитела, точно настроенные на распознавание и захват определенных патогенов. Исследователи связали антитела против SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, и против вируса гриппа с графеном. Когда образец инфицированного человека помещается на датчик, эти антитела связываются со своими белками-мишенями, вызывая изменение электрического тока.
У исследователей не было средств безопасности, необходимых для использования целых активных вирусов гриппа или SARS-CoV-2 для тестирования датчика размером примерно квадратный дюйм. В качестве замены они использовали белки этих вирусов, доставленные в жидкости, напоминающей слюну. Их результаты показали, что датчик может не только обнаруживать присутствие белков, но и даже тогда, когда они присутствуют в очень малых количествах. По словам Акинванде, такая чувствительность позволяет предположить, что датчик можно использовать для обнаружения гораздо более редких вирусных частиц, обнаруживаемых в выдыхаемом воздухе.
По его словам, датчик также работал быстро, возвращая результаты примерно через 10 секунд после добавления образца. Для сравнения, обычные тесты на COVID-19 могут занять минуты или часы, в зависимости от типа, а двойной тест на COVID и грипп, недавно одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, дает результаты примерно через полчаса.
Акинванде и его группа работают над дальнейшим улучшением его производительности, в том числе за счет расширения списка вирусов, которые он может обнаруживать. При финансовой поддержке Национального научного фонда они разрабатывают датчик, предназначенный для тестирования вариантов SARS-CoV-2, таких как омикрон и дельта. По их словам, хотя в настоящее время они сосредоточены на двухвариантном дизайне, тест можно адаптировать для одновременного выявления еще большего количества вариантов.
Источник:
Американское химическое общество (ACS)
