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.

Thiết bị này 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.

Để chứng minh tính hiệu quả và chính xác của cảm biến mới phát triển, các nhà khoa học đã thử nghiệm thiết bị này với vi-rút corona gây ra dịch SARS ở Trung Quốc hồi năm 2003, một chủng rất gần với vi-rút SARS-CoV-2 hiện nay.

Một cảm biến quang học cho các mẫu RNA

Jing Wang và nhóm của ông tại Empa và ETH Zurich thường làm việc trong việc đo lường, phân tích và giảm các chất ô nhiễm trong không khí như aerosol và các hạt nano được sản xuất nhân tạo. Tuy nhiên, thách thức mà cả thế giới hiện đang phải đối mặt cũng đang thay đổi mục tiêu và chiến lược trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu. Trọng tâm nghiên cứu mới là: một cảm biến có thể phát hiện nhanh chóng và đáng tin cậy SARS-CoV-2 - coronavirus.

Jing Wang và nhóm của ông đã phát triển một phương pháp thử nghiệm thay thế dưới dạng cảm biến quang học. Cảm biến kết hợp hai hiệu ứng khác nhau để phát hiện virus một cách an toàn và đáng tin cậy sử dụng quang học và nhiệt.

Cảm biến dựa trên các cấu trúc nhỏ của vàng, được gọi là nano vàng, trên đế thủy tinh. Các thụ thể DNA được sản xuất nhân tạo phù hợp với các chuỗi RNA cụ thể của SARS-CoV-2 được ghép vào các nanoislands. Coronavirus là một loại virus được gọi là RNA: Bộ gen của nó không bao gồm chuỗi kép DNA như trong các sinh vật sống, mà là một chuỗi RNA duy nhất. Do đó, các thụ thể trên cảm biến là các chuỗi bổ sung cho các chuỗi RNA duy nhất của virus, có thể xác định virus một cách đáng tin cậy.

Công nghệ mà các nhà nghiên cứu sử dụng để phát hiện được gọi là LSPR, viết tắt của cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ. 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 có thể được sử dụng để đo lường sự thay đổi này và do đó xác định xem mẫu có chứa các chuỗi RNA được đề cập hay không.

Để chứng minh độ tin cậy của cảm biến mới phát hiện virus COVID-19 hiện tại, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nó với một loại virus có liên quan rất chặt chẽ: SARS-CoV. Đây là virus đã bùng phát vào năm 2003 và gây ra đại dịch SARS. Hai loại virus: SARS-CoV và SARS-CoV2 chỉ khác nhau một chút về RNA của chúng. Và xác nhận đã thành công: "Các thử nghiệm cho thấy cảm biến có thể phân biệt rõ ràng giữa các chuỗi RNA rất giống nhau của hai loại virus", Jing Wang cho biết. 

Theo Tạp chí Điện tử/ Technologynetworks