دانشمندان دانشگاه میشیگان، ایالات متحده، اخیراً یک دستگاه حسگر زیستی مبتنی بر نانوذرات طلا برای تشخیص سریع و فوق حساس سندرم حاد تنفسی ویروس کرونا 2 (SARS-CoV-2) در محیط‌های مراقبتی ساخته‌اند. مطالعه در حال حاضر در دسترس است medRxiv* سرور پیش چاپ
زمینه
تشخیص RNA SARS-CoV-2 در نمونه های تنفسی از طریق واکنش زنجیره ای پلیمراز رونویسی معکوس (RT-PCR) استاندارد طلایی برای تشخیص بیماری کروناویروس 2019 (COVID-19) در نظر گرفته می شود.
اگرچه RT-PCR بسیار حساس و خاص است، اما گران و زمان بر است و برای انجام این روش پیچیده به پرسنل آموزش دیده نیاز دارد. این عوامل باعث می شود RT-PCR برای تشخیص کووید-19 در تنظیمات نقطه مراقبت نامناسب باشد.
در مطالعه کنونی، دانشمندان توسعه یک سنجش زیستی حسگر زیستی سریع و حساس COVID-19 مبتنی بر مونتاژ نانو را توصیف کرده‌اند که نیازی به پردازش نمونه ندارد.
توسعه سنجش
یک دستگاه حسگر زیستی دستی در این مطالعه برای شناسایی سریع و دقیق ذرات SARS-CoV-2 و تعیین کمیت آن در تنظیمات نقطه مراقبت توسعه داده شد. این سنجش تنها شامل یک مرحله از اختلاط معرف-نمونه بود که منجر به ساخت خود به خود آرایه ای از نانوذرات طلا در اطراف یک ذره ویروس از طریق خود مونتاژی شد.
به طور خاص، این آزمایش حاوی نانوذرات طلای مزدوج با آنتی‌بادی به‌عنوان نانوکاوشگر پلاسمونیک بود که به‌طور خاص به پروتئین سنبله SARS-CoV-2 متصل می‌شد و منجر به تشکیل نانوساختار هیبریدی نانوذره طلا-ویروس خودآرایی می‌شود که به آن ذره پلاسمو ویروس می‌گویند. .
برهمکنش نوری بین ذرات پلاسمو ویروس، جفت شدن پلاسمونیک چند حالته قوی را القا می‌کند که منجر به تولید پیک‌های رزونانس پلاسمون سطحی موضعی متعدد می‌شود. شدت این پیک ها با تعداد ذرات ویروسی موجود در نمونه متفاوت است. بنابراین، اندازه‌گیری شدت پیک امکان تعیین کمیت ذرات ویروس در نمونه را با محدودیت کم تشخیص فراهم می‌کند.
دستگاه حسگر زیستی دستی که در این مطالعه ساخته شد، شامل یک واحد میکرو اپتوالکترونیک با یک بیوچیپ، یک میکروکنترلر و یک واحد انتقال داده مبتنی بر نرم‌افزار کاربردی گوشی‌های هوشمند بود.
دستگاهی که با گوشی هوشمند کار می‌کند برای تشخیص SARS-CoV-2 مبتنی بر مونتاژ در حجم کمی از محیط انتقال ویروس که برای انتقال ایمن ویروس استفاده می‌شود، استفاده شد. به طور خاص، این دستگاه با استفاده از آشکارساز نوری نیمه هادی اکسید فلزی، تغییرات انتقال نور را از طریق نمونه اندازه گیری می کند.
نحوه عملکرد کل سیستم شامل مخلوط کردن محلول معرف نانوکاوشگر پلاسمونیک با محیط حاوی ویروس و به دنبال آن بارگذاری مخلوط روی بیوچیپ، قرار دادن بیوچیپ در دستگاه حسگر زیستی یکپارچه نقطه مراقبت و در نهایت، تشخیص سیگنال جریان نوری نرم افزار سفارشی ساخته شده برای نظارت بر زمان واقعی سیگنال از طریق تلفن هوشمند استفاده شد.
کارایی تشخیصی دستگاه حسگر زیستی
مقادیر مختلفی از ذرات ویروسی برای تعیین قوام دستگاه حسگر زیستی استفاده شد. با توجه به اینکه ذره پلاسمو ویروس دارای حالت های چند پلاسمونیکی در طول موج های 532 نانومتر و 780 نانومتر است، تغییر سیگنال جریان نور طبیعی در این دو طول موج اندازه گیری شد.
یک منحنی کالیبراسیون چند حالته استاندارد با استفاده از مقادیر سیگنال جریان نوری تهیه شد، که نشان داد دستگاه حسگر زیستی سازگاری بالایی در تعیین کمیت دقیق ذرات SARS-CoV-2 با محدودیت تشخیص پایین دارد.
انواع مختلف محیط های حاوی ویروس، از جمله سالین بافر فسفات (PBS)، بزاق، و محیط انتقال ویروس، برای مقایسه حد تشخیص برای این محیط ها استفاده شد. یافته‌ها نشان داد که قوام تشخیص دستگاه حسگر زیستی، صرف نظر از انواع رسانه‌های مورد استفاده، بالا باقی می‌ماند.
ویژگی دستگاه با اندازه‌گیری سیگنال‌های جریان نوری برای نمونه‌های حاوی میکروفاز، ویروس موزاییک لوبیا چشم بلبلی، نانوذرات SiO2 یا SARS-CoV-2 در غلظت‌های مختلف تعیین شد. یافته‌ها نشان داد که این دستگاه به طور خاص SARS-CoV-2 را شناسایی می‌کند، که نشان می‌دهد نانوکاوشگرهای پلاسمونیک هدف‌گیری SARS-CoV-2 با سایر ذرات آزمایش‌شده واکنش متقابل ندارند.
اهمیت مطالعه
این مطالعه توسعه و اعتبارسنجی یک سنجش مبتنی بر مونتاژ ذرات نانوذرات طلا را توصیف می‌کند که به طور مداوم و دقیق SARS-CoV-2 را در تنظیمات نقطه مراقبت شناسایی می‌کند. این سنجش نیازی به پردازش نمونه پرزحمت و وقت گیر ندارد و می تواند به طور مقرون به صرفه COVID-19 را در عرض 10 دقیقه تشخیص دهد.
دستگاه حسگر زیستی دستی که با گوشی هوشمند کار می‌کند، نظارت در زمان واقعی سیگنال‌های تولید شده توسط سنجش را در حضور SARS-CoV-2 در نمونه‌های مرتبط بالینی ممکن می‌سازد.
*تذکر مهم
medRxiv گزارش‌های علمی مقدماتی را منتشر می‌کند که توسط همتایان مورد بررسی قرار نگرفته‌اند و بنابراین، نباید به‌عنوان نتیجه‌گیری، راهنمای عمل بالینی/رفتار مرتبط با سلامتی در نظر گرفته شوند یا به عنوان اطلاعات ثابت تلقی شوند.