Materialul surpriză care ar putea fi folosit pentru a face teste rapide și fiabile pentru virusuri

Materialul surpriză care ar putea fi folosit pentru a face teste rapide și fiabile pentru virusuri

Grafenul este varianta bidimensională a grafitului și este format dintr-un aranjament planar (bidimensional) de atomi de carbon dispuși într-o rețea hexagonală. Grafenul este cel mai bun conductor de electricitate și căldură cunoscut.

De când a fost izolat pentru prima dată în 2004, a găsit aplicații în consolidarea materialelor, accelerarea electronicii și creșterea performanței bateriilor, printre altele. De asemenea, prezintă un mare potențial de utilizare în biosenzori. Acestea sunt dispozitive utilizate pentru a detecta concentrații mici de biomarkeri în probe biologice, cum ar fi sânge sau salivă. Biomarkerii sunt molecule care sugerează prezența bolii.

Într-un studiu recent, s-au analizat cele mai recente cercetări pentru a găsi cele mai interesante aplicații potențiale ale grafenului în anumite teste. Acestea includ teste de diagnostic pentru SARS-CoV-2, virusul responsabil pentru COVID-19, dar și detectarea altor virusuri, bacterii și chiar tumori canceroase.

Tehnologia trebuie încă să treacă prin studii clinice și trebuie dezvoltate procese pentru fabricarea acestor teste la scară largă. Cu toate acestea, în următorii cinci ani, grafenul ar putea începe să joace un rol în tehnologia medicală.

Grafenul ar putea detecta COVID-19

Deoarece grafenul este un material bidimensional, are un raport suprafață-volum extrem de ridicat, ceea ce îl face foarte sensibil la schimbările din mediul său. Gândește-te la un lac vast și calm. Orice pietricică mică care lovește suprafața creează o undă care se extinde rapid peste apă. În mod similar, atunci când alte substanțe – chiar și molecule unice – lovesc grafenul, acestea generează impulsuri electrice mici, măsurabile.

Nu ar funcționa doar pe acest fenomen pentru a detecta SARS-CoV-2. Atunci când este utilizat ca strat de biosensibilizare în dispozitivele electronice, grafenul este sensibil până la o singură moleculă. Cu toate acestea, nu poate face diferența dintre coronavirus și gripă – în același mod în care lacul ar confunda o pietricică și o marmură.

Pentru a rezolva acest lucru, cercetătorii au dezvoltat un grafen modificat chimic, acoperindu-l cu anticorpi care se leagă în mod specific de SARS-CoV-2. Când virusul ajunge la senzor și se atașează la anticorp, acesta declanșează un semnal electric prin stratul subțire de grafen.

SARS-CoV-2 transportă toate informațiile sale genetice într-un fir de ARN, care este adesea utilizat în procesele de detectare, cum ar fi o reacție în lanț a polimerazei (PCR). Un dispozitiv PCR amplifică cantitatea de ARN dintr-o probă de salivă până când devine detectabilă la microscop.

Dar acest proces consumă mult timp, necesită echipamente scumpe și reactivi foarte specifici și costisitori – substanțe utilizate în procesul de etichetare și amplificare sau în prepararea probei.

Un dispozitiv compatibil cu grafenul poate detecta virusul în tampoane și alte probe biologice. Face acest lucru fără niciunul dintre reactivi sau tratamente utilizate în alte teste pentru a extrage biomarkerul specific din proba biologică. Nu necesită etichetare cu sonde fluorescente, pentru a permite detectarea prin metode optice, așa cum se face în testele bazate pe PCR.

Rezultatele sunt rapide, durând doar câteva secunde în comparație cu orele pe care le necesită testele PCR

Datorită proprietăților electrice unice, biosenzorii pe bază de grafen ar putea detecta cantități mai mici de biomarker vizat decât alți senzori. Senzorii de grafen pot detecta o copie a ARN-ului virusului în 10¹⁸ (unul urmat de 18 zero) litri de probă biologică – aproape ca și cum am găsi pietricele noastre dacă s-ar pierde în Marea Mediterană. Pentru comparație, testele PCR necesită în jur de 34 de miliarde de copii ale virusului în 40 ml de lichid.

Senzorii de grafen îndeplinesc, de asemenea, cerințele pentru exigențele Organizației Mondiale a Sănătății pentru senzori eficienți la punctul de îngrijire.

Pe lângă viteză și sensibilitate, unii senzori pe bază de grafen aduc și alte avantaje – cum ar fi imprimarea într-o bucată de hârtie. Aceasta înseamnă că ar trebui să fie simplu să le încorporăm în teste cu flux lateral, o tehnologie rentabilă folosită în mod obișnuit în diagnosticarea atât pentru utilizarea în laborator, cât și pentru testarea la domiciliu în diferite domenii, cum ar fi testele de sarcină și testele COVID-19.

Grafenul va deveni un jucător cheie în viitorul tehnologiilor medicale

Cu un amestec de oxid de grafen, nanoparticule de aur și anticorpi, senzorii imprimați pot detecta doar zece proteine ​​într-un litru de probă. În special, aceștia detectează o proteină numită CA125, un biomarker legat de cancerul ovarian, pulmonar și mamar.

Pe lângă detectarea virusurilor, cercetătorii au dezvoltat senzori de grafen care detectează bacteriile dăunătoare și celulele tumorale. Aceste soluții ar putea accelera detectarea precoce a bolilor infecțioase cu răspândire rapidă, cum ar fi infecțiile cu salmonella, contaminarea cu E. coli sau focarele de holeră.

În zilele noastre, detectarea acestor agenți patogeni se bazează pe metode PCR – precum cele utilizate pentru coronavirus – și pe alte proceduri bazate pe numărarea coloniilor de bacterii. Ultimele abordări consumă mult timp, cu sensibilitate scăzută, necesitând populații mari de bacterii din eșantionul biologic. Aceasta este o problemă când prezența unui singur agent patogen ar putea fi suficientă pentru răspândirea bolii.

Mai multe industrii și companii derivate sunt deja interesate de acest proces. Grafenul și „materialele stratificate” aferente vor deveni un jucător cheie în viitorul tehnologiilor medicale.

DĂ PLAY ȘI FII MAI INFORMAT DECÂT PRIETENII TĂI
Citește și: