Wissenschaftler und Bioingenieure haben einen ultraschnellen Test entwickelt, der elektrochemische Sensoren verwendet, um das Vorhandensein von Coronavirus nachzuweisen. Da sich COVID-19 weiterhin auf der ganzen Welt ausbreitet, bleiben Tests eine Schlüsselstrategie für die Verfolgung und Eindämmung des Virus. Das Team reagierte also auf diesen globalen Bedarf mit einem ganzheitlichen Ansatz. Darüber hinaus verbesserten die Forscher multidisziplinäre Instrumente zur Früherkennung sowie Diagnose und Behandlung von SARS-CoV-2.
Corona-Schnelltest durch elektrochemische Sensoren
Es gibt derzeit zwei große Kategorien zum Testen von COVID-19 auf dem Markt. Die erste Kategorie verwendet Reverse Transkriptase-Echtzeit-Polymerasekettenreaktion (RT-PCR) und Nukleinsäurehybridisierung, um virale RNA zu identifizieren. Aktuelle zugelassene Diagnosetests verwenden so eine Technik, die jedoch auch einige Nachteile aufweist. Diese sind die Zeit, die für die Durchführung des Tests benötigt wird, der Bedarf an spezialisiertem Personal und die Verfügbarkeit von Geräten und Reagenzien. Die zweite Kategorie von Tests konzentriert sich auf den Nachweis von Antikörpern. Dabei kann es jedoch zu einer Verzögerung von einigen Tagen bis zu einigen Wochen kommen. Dafür muss die entsprechend getestete Person dem Virus ausgesetzt worden sein, damit sie nachweisbare Antikörper produziert. In den letzten Jahren haben Forscher einige Erfolge bei der Entwicklung von Biosensoren für patientennahe Diagnostik erzielt. Bei diesen werden 2D-Nanomaterialien wie Graphen zur Erkennung von Krankheiten verwendet. Die Hauptvorteile von Biosensoren auf Graphenbasis sind ihre Empfindlichkeit, die niedrigen Produktionskosten und die schnelle Erkennung.
Das Team entwickelte elektrochemische Sensoren auf Graphenbasis mit einem elektrischen Ausleseaufbau. So konnte das Vorhandensein von genetischem SARS-CoV-2-Material selektiv nachgewiesen werden. Das Team testete die Leistung dieser Sensoren anhand von positiven und negativen COVID-19-Proben. Dies zeigte einen signifikanten Anstieg der Spannung positiver Proben im Vergleich zu negativen Proben. So bestätigte sich das Vorhandensein von viralem genetischem Material in weniger als fünf Minuten. Darüber hinaus konnte der Sensor die Virus-RNA-Belastung in diesen Proben differenzieren. Die Viruslast ist ein wichtiger quantitativer Indikator für den Infektionsfortschritt und eine Herausforderung bei der Messung mit vorhandenen Diagnosemethoden. Diese Plattform verfügt aufgrund ihrer Portabilität und geringen Kosten über weitreichende Anwendungen.
Medizinische Perspektiven
Wenn elektrochemische Sensoren in Mikrocontroller und LED-Bildschirme oder über Bluetooth oder WLAN in ein Smartphone integriert sind, können sie am Behandlungsort in einer Arztpraxis oder sogar zu Hause verwendet werden. Über COVID-19 hinaus sieht das Forschungsteam auch vor, dass das System für die Erkennung vieler verschiedener Krankheiten anpassbar ist. Das unbegrenzte Potenzial von Bioengineering hat ein größtes Interesse bei den Autoren der Studie an seinen innovativen translationalen Anwendungen geweckt. Darüber hinaus hat dieses Forschungsprojekt einen Einfluss auf die Lösung eines realen Problems. Die Hybridisierung der viralen RNA mit diesen Sonden bewirkt eine Änderung der elektrischen Reaktion des Sensors. Die AuNP-Kappen beschleunigen den Elektronentransfer und führen bei Übertragung über die Sensorplattform zu einer Erhöhung des Ausgangssignals und zeigen das Vorhandensein des Virus an.
