Графеновый сенсор позволил сделать экспресс-тест на COVID-19

Ученые создали биосенсор на основе графена для экспресс-теста на COVID-19. Такой тест можно будет сделать самостоятельно на дому и получить результат меньше чем за десять минут. Работа опубликована в журнале Matter.

О наличии вируса и его влиянии на организм можно судить по разным биомаркерам. Например, результатом ответа иммунной системы на антиген вируса служат антитела, причем для каждого типа вируса организм вырабатывает специфичные антитела. В зависимости от стадии заболевания, это могут быть иммуноглобулин G (IgG) или иммуноглобулин M (IgM). Другие маркеры — нуклеокапсидный белок, который играет роль в сборке новых вирусных частиц и С-реактивный белок, который показывает тяжесть заболевания. В настоящее время существует множество методов для обнаружения этих маркеров, один из которых — электрохимический.

Электрохимический способ детектирования молекул позволяет определять их концентрацию по изменению протекающего между электродами тока. Один из электродов (рабочий) выполняет роль подложки для сборки биологической структуры, которая взаимодействует с детектируемыми маркерами. В зависимости от концентрации маркера, который связался со структурой меняется сопротивление, а значит и ток между электродами. Анализ этих важных биологических частей структуры, которые называются функциональными, может быть разных типов — прямым (с использование одного антитела), непрямым (используются два антитела, одно из которых меченое), типа «сэндвич» (белок, который нужно зарегистрировать находится между двумя антителами).

Команда ученых из Калифорнийского технологического института под руководством Вэй Гао (Wei Gao) разработала и изготовила электрохимический мультисенсор, который одновременно может измерять четыре маркера — IgG, IgM, C-реактивный и нуклеокапсидный белки. Внимание в своем исследования авторы сфокусировали на детектировании вируса SARS-CoV-2.

Мультисенсор состоит из четырех отдельных рабочих площадок-электродов и общего электрода, который опоясывает эти площадки. Вся функциональная структура сенсора находится на рабочих графеновых электродах и состоит из линкера, антител и меченых антител. Линкер необходим для стабилизации поверхности графена, и соединения с антителом или другим белком. Для регистрации С-реактивного и нуклеокапсидного белков, авторы пришивали к линкеру антитело, которое специфично связывалось с нужным белком, а потом сверху добавляли еще одно меченое антитело для усиления сигнала.

Такая структура называется «сэндвич» и обладает высокой чувствительностью из-за наличия двух антител. Структура для детектирования IgG и IgM выглядит проще и состоит из кусочка самого вируса SARS-CoV-2, с которым связывается антитело, и меченого антитела. Из-за наличия второго антитела, такая структура называется непрямой.

В поисках лучшей конфигурации для измерения всех четырех маркеров, ученые тестировали разные линкеры и типы функциональных структур и показали, что выбранный набор оптимален с точки зрения чувствительности и специфичности. Они протестировали сенсор для других похожих вирусов SARS-CoV и MERS-CoV, чтобы показать его специфичность к SARS-CoV-2.

Помимо измерений разбавленных в буферном растворе маркеров, авторы протестировали сенсор на реальных биологических жидкостях — плазме крови и слюне. Результаты для плазмы оказались более контрастными, но в обоих случаях они смогли достоверно определить наличие вируса и оценить тяжесть заболевания.

Наличие доступных и чувствительных экспресс-тестов на COVID-19 может значительно упросить жизнь в период пандемии и помочь в борьбе с ней. Для этого можно использовать не только сенсоры или другие разработки, но и, к примеру, собак. Немецкие ученые уже проводят исследования и тренируют собак находить COVID-19 по запаху.

Оксана Борзенкова