Чтобы взять под контроль пандемию срочно необходимы быстрые и надежные тесты на новый коронавирус. В большинстве лабораторий для его обнаружения используется метод, называемый полимеразной цепной реакцией с обратной транскрипцией. Он может обнаружить даже небольшое количество вируса, но его проведение требует времени.
Команда швейцарских ученых разработала альтернативный метод испытаний[1]. Они создали специальный датчик, который для безопасного и надежного обнаружения вируса сочетает в себе два различных эффекта: оптический и тепловой.
Датчик представляет собой крошечные структуры золота на стеклянной подложке. На эти золотые «наноостровки» привиты искусственные ДНК-рецепторы. Поскольку SARS-CoV-2 — это РНК-вирус, его геном состоит не из двойной цепи ДНК, как у живых организмов, а из одной цепи РНК. Таким образом, рецепторы на сенсоре являются комплементарными последовательностями уникальных РНК-последовательностей вируса, которые могут надежно идентифицировать его.
Технология, которую исследователи используют для обнаружения вируса, называется локализованный поверхностный плазмонный резонанс (англ. Localized Surface plasmon resonance или LSPR). Это оптическое явление, которое происходит в металлических наноструктурах: при возбуждении они модулируют падающий свет в определенном диапазоне длин волн и создают плазмонное ближнее поле вокруг наноструктуры. Таким образом, когда вирусные частицы, содержащие нужные нити РНК, связываются с поверхностью «наноостровков», локальный показатель преломления в возбужденном плазмонном ближнем поле изменяется, и это изменение улавливает оптический датчик.
Надежность этой технологии повышает плазмонный фототермический (ППТ) эффект, благодаря которому «наноостровки» золота могут выделять тепло под воздействием лазерного излучения с определенной длины волны. Их нагревание гарантирует, что к цепи РНК, расположенной на датчике, сможет присоединиться только ее дополнительный аналог, то есть РНК-цепь вируса SARS-CoV-2.
Чтобы продемонстрировать, насколько надежно новый датчик обнаруживает вирус, исследователи проверили распознавание SARS-CoV-2 и его очень близкого «собрата» — SARS-CoV, который в 2003 году вызвал пандемию атипичной пневмонии. Проверка прошла успешно. Испытания показали, что датчик может четко различать очень похожие последовательности РНК двух вирусов и выдает результат за считанные минуты.
Датчик не обязательно заменит установленные лабораторные тесты, но может использоваться в качестве альтернативного метода для клинической диагностики и, что более важно, для измерения концентрации вируса в воздухе в режиме реального времени. Однако инженерам еще предстоит пройти несколько этапов, например, оснастить датчик системой, которая втягивает воздух, концентрирует в нем аэрозоли и высвобождает РНК из вирусов.
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
- Guangyu Qiu, Zhibo Gai, Yile Tao, Jean Schmitt, Gerd A. Kullak-Ublick, Jing Wang. Dual-Functional Plasmonic Photothermal Biosensors for Highly Accurate Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 Detection. ACS Nano, 2020; DOI: 10.1021/acsnano.0c02439
