종이 기반 센서, 몇 분 만에 COVID-19 감지

COVID-19 전염병이 전 세계적으로 계속 확산됨에 따라 테스트는 바이러스를 추적하고 억제하기 위한 핵심 전략으로 남아 있습니다. 연구원들은 5분 이내에 바이러스의 존재를 감지할 수 있는 종이 기반 전기화학 센서를 사용하여 신속하고 매우 민감한 테스트를 개발했습니다.

시장에는 두 가지 광범위한 범주의 COVID-19 테스트가 있습니다. 첫 번째는 역전사효소 실시간 중합효소연쇄반응(RT-PCR) 및 핵산 혼성화 전략을 사용하여 바이러스 RNA를 식별합니다. 몇 가지 단점으로는 테스트를 완료하는 데 걸리는 시간, 전문 인력의 필요성, 장비 및 시약의 가용성 등이 있습니다. 두 번째 범주는 항체 검출에 중점을 둡니다. 그러나 검출 가능한 항체를 생성하기 위해 바이러스에 노출된 후 며칠에서 몇 주가 지연될 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 연구원들은 질병을 감지하기 위해 그래핀과 같은 2D 나노물질을 사용하여 현장 진료 바이오센서를 만드는 데 어느 정도 성공을 거두었습니다. 이러한 바이오 센서의 주요 장점은 감도, 낮은 생산 비용 및 빠른 감지 전환입니다. 그래핀은 민감한 전기화학 센서의 개발에 이상적인 독특한 기계적 및 전기화학적 특성을 나타냅니다. 팀은 SARS-CoV-2 유전 물질의 존재를 선택적으로 감지하기 위해 전기 판독 설정을 갖춘 그래핀 기반 전기화학 바이오센서를 만들었습니다.

바이오센서에는 전기 판독값을 측정하는 플랫폼과 바이러스 RNA의 존재를 감지하는 프로브의 두 가지 구성 요소가 있습니다. 플랫폼을 만들기 위해 연구원들은 먼저 그래핀 나노혈소판 층으로 여과지를 코팅하여 전도성 필름을 생성했습니다. 그런 다음 그들은 전기 판독을 위한 접촉 패드로 그래핀 위에 미리 정의된 디자인의 금 전극을 배치했습니다. 금과 그래핀은 모두 높은 감도와 전도성을 가지므로 이 플랫폼을 전기 신호의 변화를 감지하는 데 매우 민감하게 만듭니다.

현재 RNA 기반 COVID-19 테스트는 SARS-CoV-2 바이러스에 N-유전자(뉴클레오캡시드 인단백질)의 존재를 선별합니다. 이 연구에서 팀은 N-유전자의 두 영역을 표적으로 하는 안티센스 올리고뉴클레오티드(ASO) 프로브를 설계했습니다. 두 영역을 대상으로 하면 한 영역에서 유전자 돌연변이가 발생할 경우 센서의 신뢰성이 보장됩니다. 금 나노입자(AuNP)는 SARS-CoV-2 RNA에 대한 초고감도 감지 프로브를 나타내는 이러한 단일 가닥 핵산(ssDNA)으로 덮여 있습니다.

연구원들은 이전에 개발된 감지 프로브의 감도를 이전 작업에서 보여주었습니다. 이러한 프로브와 바이러스 RNA의 혼성화는 센서의 전기적 응답에 변화를 일으킵니다. AuNP 캡은 전자 전달을 가속화하고 감지 플랫폼을 통해 전파될 때 출력 신호가 증가하고 바이러스의 존재를 나타냅니다.

연구팀은 COVID-19 양성 및 음성 샘플을 사용하여 센서의 성능을 테스트했습니다. 이 센서는 음성 시료에 비해 양성 시료의 전압이 크게 증가한 것을 보여 5분 이내에 바이러스 유전 물질의 존재를 확인했습니다. 또한, 센서는 이러한 샘플에서 바이러스 RNA 로드를 구별할 수 있었습니다. 바이러스 부하는 감염 진행 상황을 나타내는 중요한 정량적 지표이며 기존 진단 방법을 사용하여 측정해야 하는 과제입니다.

이 플랫폼은 이식성과 저렴한 비용으로 인해 광범위한 응용 프로그램을 가지고 있습니다. 이 센서는 마이크로컨트롤러 및 LED 스크린과 통합되거나 블루투스나 WiFi를 통해 스마트폰과 통합될 때 의사 사무실이나 심지어 집에서도 진료 현장에서 사용할 수 있습니다. 팀은 COVID-19 외에도 이 시스템이 다양한 질병을 감지할 수 있을 것으로 예상합니다.