20.05.2021 - American Institute of Physics (AIP)

COVID-19-Test liefert Ergebnisse innerhalb einer Sekunde

Superschnelle, tragbare COVID-19-Testmethode erkennt das Virus viel schneller als derzeit verfügbare Verfahren

Die COVID-19-Pandemie machte deutlich, dass technologische Innovationen dringend erforderlich sind, um das SARS-CoV-2-Virus zu erkennen, zu behandeln und zu verhindern. Eineinhalb Jahre nach dieser Epidemie gibt es immer noch Wellen von aufeinanderfolgenden Ausbrüchen und der dringende Bedarf an neuen medizinischen Lösungen - insbesondere Tests - besteht weiterhin.

Im Journal of Vacuum Science & Technology B berichten Forscher der University of Florida und der National Chiao Tung University in Taiwan über eine schnelle und empfindliche Testmethode für COVID-19-Biomarker.

Die Forscher, die bereits zuvor die Erkennung von Biomarkern demonstriert haben, die bei Epidemien und Notfällen wie dem Zika-Virus, Herzinfarkten und dem Austritt von Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit relevant sind, nutzten ihre Expertise, um ein Sensorsystem zu entwickeln, das eine Erkennung innerhalb von einer Sekunde ermöglicht, was weitaus schneller ist als aktuelle COVID-19-Erkennungsmethoden.

"Dies könnte die langsamen COVID-19-Tests entlasten", sagt Minghan Xian, einer der Autoren und Doktorand der Chemietechnik an der University of Florida.

Der Nachweis des Virus erfordert die Vervielfältigung der Anzahl der Biomarker, wie z. B. der Kopien der viralen Ribonukleinsäure in der üblichen Polymerase-Kettenreaktionstechnik für den COVID-19-Nachweis, oder die Vervielfältigung des Bindungssignals für einen Ziel-Biomarker. Die Methode der Gruppe verstärkt das Bindungssignal für einen Ziel-Biomarker.

"Unser Biosensorstreifen hat eine ähnliche Form wie handelsübliche Glukoseteststreifen, mit einem kleinen mikrofluidischen Kanal an der Spitze, um unsere Testflüssigkeit einzuführen", sagte Xian. "Innerhalb des mikrofluidischen Kanals befinden sich einige Elektroden, die der Flüssigkeit ausgesetzt sind. Eine davon ist mit Gold beschichtet, und die COVID-relevanten Antikörper werden über ein chemisches Verfahren an die Goldoberfläche gebunden."

Während der Messung werden die Sensorstreifen über einen Stecker mit einer Leiterplatte verbunden, und ein kurzes elektrisches Testsignal wird zwischen der mit COVID-Antikörpern versehenen Goldelektrode und einer weiteren Hilfselektrode gesendet. Dieses Signal wird dann zur Analyse an die Leiterplatte zurückgegeben.

"Unser Sensorsystem, eine Leiterplatte, verwendet einen Transistor zur Verstärkung des elektrischen Signals, das dann in eine Zahl auf dem Bildschirm umgewandelt wird", so Xian. "Die Größe dieser Zahl hängt von der Konzentration des Antigens, des viralen Proteins, ab, das in unserer Testlösung vorhanden ist."

Während die Sensorstreifen des Systems nach Gebrauch eindeutig entsorgt werden müssen, ist die Testplatine wiederverwendbar. Das bedeutet, dass die Kosten für den Test stark reduziert werden können. Die Vielseitigkeit dieser Technologie geht weit über den Nachweis von COIVD-19 hinaus.

"Indem wir die Art der an die Goldoberfläche gebundenen Antikörper verändern, können wir das System zum Nachweis anderer Krankheiten umfunktionieren", so Xian. "Das System kann als Prototyp für modularisierte, kostengünstige Protein-Biomarker-Sensoren dienen, die in klinischen Anwendungen, Operationssälen oder zu Hause eingesetzt werden können."

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