Thụy Sỹ: Phát triển cảm biến sinh học phát hiện vi-rút SARS-CoV-2

Trong thông báo mới đây, các nhà khoa học tại Phòng Thí nghiệm Khoa học và Công nghệ Vật liệu Liên bang Thụy Sĩ (Empa) cho biết cảm biến sinh học trên có thể được sử dụng để đo nồng độ vi-rút SARS-CoV-2 ở những nơi đông người trong thời gian thực.

Xuất phát từ ý tưởng đo lường, phân tích làm giảm các chất ô nhiễm trong không khí như aerosol và các hạt nano được sản xuất nhân tạo. Tuy nhiên, ý tưởng đó đã được thay đổi ngay khi ca nhiễm COVID-19 đầu tiên được phát hiện tại Trung Quốc và lan đầu lan rộng trên khắp thế giới. Mục tiêu mới và trọng tâm của nhóm nghiên cứu hướng tới việc phát triển một cảm biến có thể phát hiện nhanh chóng vi-rút SARS-CoV-2 với độ tin cậy cao trong không khí. Cụ thể, ở những nơi đông như ga tàu điện hoặc bệnh viện, nhóm nghiên cứu cho biết.

Các xét nghiệm nhanh và đáng tin cậy để phát hiện vi-rút SARS-CoV-2 là rất cần thiết. Qua đó, sẽ giúp sớm khống chế và đưa đại dịch vào tầm kiểm soát. Hiện tại, hầu hết các phòng thí nghiệm sử dụng phương pháp xét nghiệm phân tử được gọi là phản ứng chuỗi polymerase sao chép ngược, hay viết tắt là RT-PCR, để phát hiện virus viêm đường hô hấp cấp. Phương pháp này mang lại hiệu quả cao xong còn hạn chế về thời gian cho kết quả bị kéo dài.

Cảm biến quang học cho các mẫu RNA

Jing Wang và nhóm của ông cho biết, đã phát triển một phương pháp thử nghiệm mới dưới dạng cảm biến quang học. Cảm biến kết hợp hai hiệu ứng là quang học và nhiệt để phát hiện vi-rút một cách chính xác và đáng tin cậy.

Cảm biến dựa trên các thụ thể DNA được sản xuất nhân tạo phù hợp với các chuỗi RNA của SARS-CoV-2 ghép vào các nanoislands để xác định virus một cách đáng tin cậy.

Công nghệ mà các nhà nghiên cứu sử dụng được gọi là LSPR, viết tắt của cộng hưởng plasmon. Cụ thể, đây là một hiện tượng quang học xảy ra trong cấu trúc nano kim loại. Khi bị kích thích, chúng điều chỉnh ánh sáng tới trong một bước sóng cụ thể và tạo ra một trường gần plasmonic xung quanh cấu trúc nanô. Khi các phân tử liên kết với bề mặt, chỉ số khúc xạ cục bộ trong trường gần plasmonic bị kích thích thay đổi. Một cảm biến quang nằm ở mặt sau của cảm biến được sử dụng để đo lường sự thay đổi này và qua đó xác định xem mẫu có chứa các chuỗi RNA cần tìm hay không.

Hiệu ứng quang nhiệt plasmonic tăng độ tin cậy

Tuy nhiên, điều quan trọng là chỉ những chuỗi RNA khớp chính xác với thụ thể DNA trên cảm biến mới được khoanh vùng. Lúc này hiệu ứng quang nhiệt plasmonic (PPT) trên cảm biến sẽ phát huy tác dụng. Nếu cùng cấu trúc nanô trên cảm biến được kích thích bằng laser có bước sóng nhất định, nó sẽ tạo ra nhiệt cục bộ.

Để chứng minh độ tin cậy của cảm biến phát hiện virus COVID-19 mới phát triển, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nó với một loại vi-rút đã gây dịch SARS ở Trung Quốc hồi năm 2003, một chủng rất gần với vi-rút SARS-CoV-2.

Thử nghiệm đã thành công và cho kết quả trong vòng vài phút "Các thử nghiệm cho thấy cảm biến có thể phân biệt rõ ràng giữa các chuỗi RNA rất giống nhau của hai loại vi-rút SARS và vi-rút SARS-CoV-2", Jing Wang giải thích.

Tuy nhiên, nhóm cần phải tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện thiết bị cảm biến trước khi đưa chúng vào sử dụng. Nhưng một khi thiết bị cảm biến này được sử dụng rộng rãi ngoài việc phát hiện vi-rút SARS-CoV-2 nó cũng có thể ứng dụng để phát hiện các loại vi-rút khác, qua đó giúp phát hiện và ngăn chặn các dịch bệnh ở giai đoạn đầu mới bùng phát.

Tài liệu tham khảo

Qiu et al . (2020) Phát hiện sinh học quang nhiệt plasmonic chức năng kép để phát hiện hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng chính xác cao coronavirus 2. Nano ACS . DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.0c02439

Theo Tạp chí Điện tử / Technologynetworks