تشخیص کرونا با حسگر مبتنی بر کاغذ - وبلاگ مجله پریها

با ادامه شیوع کووید-19 در سراسر جهان، آزمایش همچنان یک راهبرد کلیدی برای ردیابی و مهار ویروس به شمار می رود. ماها آلافیف(Maha Alafeef)، دانشجوی رشته مهندسی زیستی دانشگاه ایلینوی در اربانا-شمپین(UIUC) با استفاده از یک حسگر الکتروشیمیایی مبتنی بر کاغذ، آزمایشی سریع و بسیار حساس ابداع کرده است که می تواند وجود ویروس را در کمتر از پنج دقیقه تشخیص دهد.

آلافیف گفت: ما در حال تجربه کردن رخدادی هستیم که یک بار در قرن پیش می آید. ما به واسطه یک رویکرد جامع و با ابداع ابزارهای چندرشته ای برای تشخیص و درمان زودهنگام کروناویروس، به این نیاز جهانی پاسخ می دهیم.

در حال حاضر، دو دسته آزمایش کووید-19 در بازار وجود دارند. یکی از آنها، واکنش زنجیره ای پلیمراز رونویسی معکوس(RT-PCR) و بررسی اسید نوکلئیک برای شناسایی آران ای ویروس است. آزمایش های تشخیصی مورد تایید سازمان غذا و داروی آمریکا(FDA)، از این روش استفاده می کنند. این روش با مشکلاتی نیز همراه است که مدت زمان لازم برای تکمیل شدن آزمایش، نیاز به کادر متخصص و دسترسی به تجهیزات را شامل می شوند.

دومین گروه از آزمایش ها، بر تشخیص پادتن ها متمرکز هستند اما تولید پادتن های قابل تشخیص ممکن است چند روز تا چند هفته بعد از قرار دریافت فرد در معرض کروناویروس به تعویق بیفتد.

پژوهشگران در سال های اخیر، موفقیت های بسیاری در ارائه حسگرهای زیستی با استفاده از نانومواد دوبعدی مانند گرافین و استفاده از آنها برای تشخیص بیماری ها به دست آورده اند. از مزایای اصلی حسگرهای زیستی مبتنی بر گرافین می توان به حساسیت، هزینه پایین تولید و تشخیص سریع اشاره کرد.

آلافیف ادامه داد: کشف گرافین به خاطر ویژگی های آن توانست عصر جدیدی از توسعه حسگر را آغاز کند. گرافین از ویژگی های مکانیکی و الکتروشیمیایی منحصر به فردی برخوردار است که آن را به ماده ای ایده آل برای تولید حسگرهای حساس الکتروشیمیایی تبدیل می کند.

آلافیف و همکارانش در این پژوهش، یک حسگر زیستی الکتروشیمیایی مبتنی بر گرافین ابداع کردند که می تواند وجود ماده ژنتیکی کروناویروس را تشخیص دهد.

این حسگر زیستی، دو مولفه دارد؛ پلتفرمی برای بررسی میزان خوانش الکتریکی و کاوشگرهایی برای تشخیص آران ای ویروس. پژوهشگران برای ابداع این پلتفرم، ابتدا کاغذ فیلتر را با لایه ای از نانوپلاکت های گرافین پوشاندند تا یک لایه رسانا ایجاد کنند.

سپس، یک الکترود طلا با طرحی از پیش تعریف شده را در قسمت بالای گرافین قرار دادند تا مانند یک صفحه تماس برای خوانش الکتریکی عمل کند. هم طلا و هم گرافین، از حساسیت و رسانایی بالایی برخوردار هستند که موجب می شود این پلتفرم برای تشخیص تغییرات سیگنال های الکتریکی، بسیار حساس باشد.

آزمایش های کنونی کووید-19 مبتنی بر آران ای، N-gene را در کروناویروس جستجو می کنند. پژوهشگران در این پروژه، کاوشگرهای آنتی سنس الیگونوکلئوتید(ASOs) را طراحی کردند تا دو ناحیه از N-gene را هدف قرار دهند. هدف قرار دادن دو ناحیه مورد نظر، قابل اطمینان بودن حسگر را در ناحیه ای که دچار جهش ژنتیکی می شود، تضمین می کند. به علاوه، نانوذرات طلا با اسیدهای نوکلئیک تک رشته ای پوشیده می شوند که یک کاوشگر فوق العاده حساس را برای تشخیص کروناویروس ارائه می دهد.

پژوهشگران پیش از این نیز حساسیت کاوشگرهای حسگر را در پروژه های قبلی خود نشان داده بودند. ترکیب آران ای ویروس با این کاوشگرها، به تغییر واکنش الکتریکی حسگر منجر می شود.

پژوهشگران، عملکرد این حسگر را با استفاده از نمونه های مثبت و منفی کووید-19 آزمایش کردند. حسگر در نمونه های مثبت نسبت به نمونه های منفی، افزایش قابل توجهی در ولتاژ به همراه داشت. به علاوه، حسگر توانست آران ای ویروس را در این نمونه ها بارگذاری کند. بار ویروسی، یک شاخص کمی مهم برای گسترش عفونت است و چالشی برای اندازه گیری با استفاده از روش های تشخیصی موجود به شمار می رود.

این پلتفرم به خاطر قابلیت حمل و هزینه کم، کاربردهای گسترده ای دارد. هنگامی که این حسگر با ریزکنترل گرها، نمایشگرهای LED و یا تلفن های همراه ادغام می شود، می تواند برای مراقبت در مطب پزشک یا حتی خانه مورد استفاده قرار بگیرد. پژوهشگران پیش بینی می کنند که این پلتفرم می تواند برای تشخیص بسیاری از بیماری های متفاوت فراتر از کووید-19 مورد استفاده قرار بگیرد.

این پژوهش، در مجله ACS Nano به چاپ رسید.،مهر