Senzor na bazi ugljikovih nanocjevčica brzo i precizno otkriva SARS-CoV-2 proteine

Tehnologija koju su razvili inženjeri MIT-a mogla bi se razviti kao brza dijagnostika za COVID-19 ili druge patogene u nastajanju

Koristeći specijalizirane ugljikove nanocjevčice, inženjeri MIT-a dizajnirali su novi senzor koji može detektirati SARS-CoV-2 bez ikakvih antitijela, dajući rezultat u roku od nekoliko minuta. Njihov novi senzor temelji se na tehnologiji koja može brzo generirati brzu i točnu dijagnostiku, ne samo za Covid-19 već i za buduće pandemije, kažu istraživači.

Tehnologija senzora

“Brzi test znači da možete pregledati ljude koji putuju i odrediti trebaju li otići u karantenu ili ne. Slično biste mogli provjeravati ljude koji dolaze na posao, i tako dalje”, objašnjava Michael Strano, profesor kemijskog inženjerstva na MIT-u i viši autor studije.

Ugljikove nanocjevčice prirodno fluoresciraju kada ih se izloži laserskom svjetlu
Ugljikove nanocjevčice prirodno fluoresciraju kada ih se izloži laserskom svjetlu

Dijagnostika se temelji na tehnologiji senzora ugljikovih nanocjevčica, prethodno razvijena u laboratoriju koji vodi Strano. Istražujući moguće senzore za COVID, trebalo im je samo 10 dana da identificiraju i testiraju modificiranu ugljikovu nanocjevčicu, sposobnu selektivno detektirati virusne proteine. Ovaj pristup također eliminira potrebu za antitijelima ili drugim reagensima.


Tehnika razvijena u MIT-ovom laboratoriju oslanja se na ugljikove nanocjevčice – šuplje, nanometarski tanke cilindre ugljika koji prirodno fluoresciraju kada ih se izloži laserskom svjetlu. Umotavanjem takvih cjevčica u različite polimere mogu se stvoriti senzori koji reagiraju na specifične ciljne molekule tako što ih kemijski prepoznaju.

Michael Strano, profesor kemijskog inženjerstva na MIT-u i viši autor studije
Michael Strano, profesor kemijskog inženjerstva na MIT-u i viši autor studije

Amfifilni polimeri

Njihov pristup, poznat kao Corona Phase Molecular Recognition (CoPhMoRe), koristi prednost fenomena koji se javlja kada se određene vrste polimera vežu na nanočesticu. Poznate kao amfifilni polimeri, ove molekule imaju hidrofobna područja koja se pričvršćuju na cijevi poput sidara i hidrofilna područja koja tvore niz petlji koje se protežu od cijevi.

Te petlje tvore sloj, koronu koja okružuje nanocijev. Ovisno o rasporedu petlji, različite vrste ciljnih molekula mogu se zabiti u prostore između petlji, a ovo vezanje mijenja intenzitet ili vršnu valnu duljinu fluorescencije koju proizvodi ugljikova nanocjevčica.

Uređaj daje rezultat u roku od pet minuta i može detektirati koncentracije od čak 2,4 pikograma virusnog proteina po mililitru uzorka
Uređaj daje rezultat u roku od pet minuta i može detektirati koncentracije od čak 2,4 pikograma virusnog proteina po mililitru uzorka

Istraživači su točne senzore za nukleokapsid i za protein šiljka virusa SARS-CoV-2 ugradili u prototip uređaja s optičkim vrhom koji može detektirati promjene fluorescencije uzorka biofluida u stvarnom vremenu. Time se eliminira potreba slanja uzorka u laboratorij.


Rezultat za pet minuta

Ovaj uređaj daje rezultat u roku od pet minuta i može detektirati koncentracije od čak 2,4 pikograma virusnog proteina po mililitru uzorka. U novijim eksperimentima istraživači su postigli granicu detekcije nižu od trenutno komercijalno dostupnih brzih testova.

Shema koncepta molekularnog prepoznavanja
Shema koncepta molekularnog prepoznavanja

Uređaj može otkriti nukleokapsidni protein SARS-CoV-2 (ali ne i protein šiljka) i kad je otopljen u slini. Otkrivanje virusnih proteina u slini obično je teško jer slina sadrži ljepljive molekule ugljikohidrata i probavnih enzima koji ometaju otkrivanje proteina, zbog čega većina dijagnostike za COVID-19 zahtijeva bris nosa.

Brzina kojom su istraživači uspjeli razviti radni prototip sugerira da bi se ovaj pristup mogao pokazati korisnim za brži razvoj dijagnostike tijekom budućih pandemija, smatra Strano koji se nada daljnjem razvoju tehnologije kako bi se mogla brzo primijeniti kao odgovor na buduće pandemije.