تشخیص کووید-۱۹ با کمک یک حسگر مبتنی بر کاغذ

با ادامه شیوع کووید-۱۹ در سراسر جهان، آزمایش همچنان یک راهبرد کلیدی برای ردیابی و مهار ویروس به شمار می‌رود. "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 می‌تواند وجود ویروس را در کمتر از پنج دقیقه تشخیص دهد.

کد خبر: ۵۸۹۰۳۴

تاریخ: ۱۸ آذر ۱۳۹۹ - ۲۳:۵۱

یک دانشجوی آمریکایی، حسگری مبتنی بر کاغذ ابداع کرده است که می‌تواند به تشخیص ساده و کم‌هزینه کووید-۱۹ کمک کند.

به گزارش ایسنا و به نقل از فیز، با ادامه شیوع کووید-۱۹ در سراسر جهان، آزمایش همچنان یک راهبرد کلیدی برای ردیابی و مهار ویروس به شمار می‌رود. "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 می‌تواند 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 می‌آید. ما به واسطه یک رویکرد جامع و با ابداع ابزارهای چندرشته‌ای برای تشخیص و درمان زودهنگام کروناویروس، به این نیاز جهانی پاسخ می‌دهیم.

در حال حاضر، دو دسته آزمایش کووید-۱۹ در بازار وجود دارند. یکی از آنها، "واکنش زنجیره‌ای پلیمراز رونویسی معکوس"(RT-PCR) و بررسی اسید نوکلئیک برای شناسایی آران‌ای ویروس است. آزمایش‌های تشخیصی مورد تایید "سازمان غذا و داروی آمریکا"(FDA)، از این روش استفاده می‌کنند. 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 می‌شوند.

دومین گروه از آزمایش‌ها، بر تشخیص پادتن‌ها متمرکز هستند اما تولید پادتن‌های قابل تشخیص ممکن است چند روز تا چند هفته بعد از قرار گرفتن فرد در معرض کروناویروس به تعویق بیفتد.

پژوهشگران در سال‌های اخیر، موفقیت‌های بسیاری در ارائه حسگرهای زیستی با استفاده از نانومواد دوبعدی مانند گرافین و استفاده از آنها برای تشخیص بیماری‌ها به دست آورده‌اند. از مزایای اصلی حسگرهای زیستی مبتنی بر گرافین می‌توان به حساسیت، هزینه پایین تولید و تشخیص سریع اشاره کرد.

آلافیف ادامه داد: کشف گرافین به خاطر ویژگی‌های آن توانست عصر جدیدی از توسعه حسگر را آغاز کند. گرافین از ویژگی‌های مکانیکی و الکتروشیمیایی منحصر به فردی برخوردار است که آن را به ماده‌ای ایده‌آل برای تولید حسگرهای حساس الکتروشیمیایی تبدیل می‌کند.

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

این حسگر زیستی، دو مولفه دارد؛ پلتفرمی برای بررسی میزان خوانش الکتریکی و کاوشگرهایی برای تشخیص آران‌ای ویروس. پژوهشگران برای ابداع این پلتفرم، ابتدا کاغذ فیلتر را با لایه‌ای از نانوپلاکت‌های 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 می‌شود این پلتفرم برای تشخیص تغییرات سیگنال‌های الکتریکی، بسیار حساس باشد.

آزمایش‌های کنونی کووید-۱۹ مبتنی بر آران‌ای، "N-gene" را در کروناویروس جستجو می‌کنند. پژوهشگران در این پروژه، کاوشگرهای "آنتی‌سنس 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 ناحیه‌ای که دچار جهش ژنتیکی می‌شود، تضمین می‌کند. به علاوه، نانوذرات طلا با اسیدهای نوکلئیک تک رشته‌ای پوشیده می‌شوند که یک کاوشگر فوق‌العاده حساس را برای تشخیص کروناویروس ارائه می‌دهد.

پژوهشگران پیش از این نیز حساسیت کاوشگرهای حسگر را در پروژه‌های قبلی خود نشان داده بودند. ترکیب آران‌ای ویروس با این کاوشگرها، به تغییر واکنش الکتریکی حسگر منجر می‌شود.

پژوهشگران، عملکرد این حسگر را با استفاده از نمونه‌های مثبت و منفی کووید-۱۹ آزمایش کردند. حسگر در نمونه‌های مثبت نسبت به نمونه‌های منفی، افزایش قابل توجهی در ولتاژ به همراه داشت. به علاوه، حسگر توانست آران‌ای ویروس را در این نمونه‌ها بارگذاری کند. بار ویروسی، یک شاخص کمی مهم برای گسترش عفونت است و چالشی برای اندازه‌گیری با استفاده از روش‌های تشخیصی موجود به شمار می‌رود.

این پلتفرم به خاطر قابلیت حمل و هزینه کم، کاربردهای گسترده‌ای دارد. هنگامی که این حسگر با ریزکنترل‌گرها، نمایشگرهای LED و یا تلفن‌های همراه ادغام می‌شود، می‌تواند برای مراقبت در مطب پزشک یا حتی خانه مورد استفاده قرار بگیرد. پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که این پلتفرم می‌تواند برای تشخیص بسیاری از بیماری‌های متفاوت فراتر از کووید-۱۹ مورد استفاده قرار بگیرد.

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