一个新的SARS-CoV-2生物传感器检测

电子探针的研究团队,苏黎世联邦理工学院,苏黎世大学医院已成功开发新型传感器检测新冠状病毒。在未来它可以用来测量环境中的病毒的浓度——例如在有很多人的地方或医院通风系统。

王静和他的团队在电子探针和苏黎世ETH通常工作在测量、分析和减少空气污染物气溶胶和人工合成的纳米颗粒等。然而,整个世界目前面临的挑战是也改变了目标和战略的研究实验室。新的焦点:一种传感器,可以快速、可靠地检测SARS-CoV-2——新冠状病毒。

但这个想法并非如此远离该集团的先前的研究工作:甚至在COVID-19开始蔓延之前,首先在中国,然后在世界各地,王先生和他的同事们研究传感器,可以检测空气中的细菌和病毒。早在今年1月,在此基础上进一步开发传感器,它可以可靠地确定一个特定的病毒诞生了。传感器不一定会取代建立实验室测试,但可以作为一个替代方法为临床诊断,和更加突出测量空气中的病毒浓度实时:例如,在繁忙的火车站或医院这样的地方。

新冠状病毒快速、可靠测试急需尽快控制流感大流行。大多数实验室使用的分子称为逆转录聚合酶链反应的方法,简称rt - pcr检测病毒在呼吸道感染。这是完善的,甚至可以检测微量的病毒,但同时它可以耗时且容易出错。

RNA样本的光学传感器

王静和他的团队已经开发出一种测试方法的光学生物传感器。传感器结合了两种不同的效果来检测病毒安全可靠:光和热。

传感器是基于黄金的微小结构,所谓黄金nanoislands,在玻璃衬底上。人工合成的DNA匹配特定受体SARS-CoV-2 RNA序列的嫁接到nanoislands之上。冠状病毒是一种所谓的RNA病毒:其基因组DNA双链的不是由生物体,但单一的RNA链。上的受体传感器因此互补序列的病毒的独特的RNA序列,可以可靠地识别病毒。

检测的技术研究人员使用叫做LSPR,局部表面等离子体共振的缩写。这是一个发生在金属纳米结构的光学现象:当兴奋,他们调节入射光在一个特定的波长范围和创建一个电浆在纳米结构近场。表面分子结合时,当地的折射率在兴奋的电浆近场的变化。一个光学传感器位于后面的传感器可以用来衡量这种变化,从而确定样品是否含有RNA链。

热量增加可靠性

然而,它是很重要的,只有那些RNA链完全匹配的DNA传感器捕获受体。这就是第二个效应发挥作用在传感器:电浆光热光谱分析(PPT)的效果。如果相同的纳米结构的传感器是兴奋一定波长的激光,它产生局部热量。

和帮助可靠性如何?正如前面提到的,病毒的基因组包含只有一个单链的RNA。如果这个链发现其互补,两相结合,形成了双链,这一过程被称为杂交。同行——当一个双链分裂成单股——被称为融化或变性。这发生在一定的温度,熔化温度。但是,如果环境温度远低于熔化温度,不彼此互补链也可以连接。这可能导致错误的测试结果。如果环境温度仅略低于熔化温度,只有互补链可以加入。这就是环境温度的增加的结果,这是由于PPT的效果。

演示如何可靠地新传感器检测当前COVID-19病毒,研究人员测试用非常密切相关的病毒:冠状。这是2003年的病毒爆发,引发了SARS疫情。两种病毒-冠和SARS-CoV2 RNA的稍有不同。和验证是成功的:“测试表明,该传感器可以区分两种病毒的RNA序列非常相似,”靖王解释道。结果在几分钟内准备好。

然而,目前传感器尚未准备测量空气中电晕病毒浓度,例如在苏黎世的主要火车站。许多发展步骤还需要这样做——例如,一个系统,在空中画,集中的气溶胶和释放病毒的RNA。“这仍然需要开发工作,”王说。但是一旦传感器已经准备好了,原则可以应用于其他病毒和帮助检测和阻止疫情处于初期阶段。

参考

邱等。(2020)双功能的电浆光热光谱分析生物传感器2高度准确的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒检测。ACS Nano。DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.0c02439

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