Dieses Telefon kann in weniger als einer Stunde auf Covid-19 testen
Programmierte magnetische Nanokügelchen in Kombination mit einem handelsüblichen Mobiltelefon und einem Plug-in-Diagnosetool können COVID-19 innerhalb von 55 Minuten oder weniger diagnostizieren, berichten Forscher. (Bildnachweis: Jeff Fitlow / Rice)

Mithilfe programmierter magnetischer Nanokügelchen kann ein Diagnosetool, das an ein Standardtelefon angeschlossen wird, COVID-19 innerhalb von 55 Minuten oder weniger diagnostizieren.

Der stempelgroße Mikrofluidik-Chip misst die Konzentration des SARS-CoV-2-Nucleocapsid (N) -Proteins im Blutserum eines Standard-Fingerstichs. Die Nanokügelchen binden im Chip an SARS-CoV-2 N-Protein, einen Biomarker für COVID-19, und transportieren es zu einem elektrochemischen Sensor, der winzige Mengen des Biomarkers erfasst.

Die Forscher sagen, dass ihr Verfahren die Handhabung von Proben im Vergleich zu Tupfern vereinfacht PCR-Tests Diese werden häufig zur Diagnose von COVID-19 verwendet und müssen in einem Labor analysiert werden.

„Das Tolle an diesem Gerät ist, dass kein Labor erforderlich ist“, sagt Peter Lillehoj, Associate Professor für Maschinenbau an der Rice University. „Sie können den gesamten Test durchführen und die Ergebnisse an der Sammelstelle, in der Gesundheitsklinik oder sogar in einer Apotheke generieren. Das gesamte System ist leicht zu transportieren und einfach zu bedienen. “


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Die Forschung in der Fachzeitschrift erscheint ACS-Sensoren.

Lillehoj und der Doktorand und Hauptautor Jiran Li nutzten die vorhandenen Biosensor-Tools und kombinierten sie mit ihrer eigenen Erfahrung bei der Entwicklung einfacher Diagnosen, wie z. B. eines im letzten Jahr zur Diagnose eingeführten Mikronadelpflasters Malaria.

Das neue Tool basiert auf einem etwas komplexeren Erkennungsschema, liefert jedoch in kurzer Zeit genaue, quantitative Ergebnisse. Um das Gerät zu testen, stützte sich das Labor auf gespendete Serumproben von gesunden und COVID-19-positiven Personen.

Laut Lillehoj liefert eine längere Inkubation genauere Ergebnisse, wenn das gesamte Serum verwendet wird. Das Labor stellte fest, dass 55 Minuten eine optimale Zeit für den Mikrochip waren, um SARS-CoV-2 N-Protein in Konzentrationen von nur 50 Pikogramm (Milliardstel Gramm) pro Milliliter im gesamten Serum zu erfassen. Der Mikrochip konnte N-Protein in noch niedrigeren Konzentrationen bei 10 Pikogramm pro Milliliter in nur 25 Minuten durch fünffache Verdünnung des Serums nachweisen.

In Kombination mit einem Google Pixel 2-Telefon und einem Plug-in-Potentiostaten könnte das Gerät eine positive Diagnose mit einer Konzentration von nur 230 Pikogramm für das gesamte Serum liefern.

"Es gibt Standardverfahren, um die Perlen mit einem Antikörper zu modifizieren, der auf einen bestimmten Biomarker abzielt", sagt Lillehoj. "Wenn Sie sie mit einer Probe kombinieren, die den Biomarker enthält, in diesem Fall SARS-CoV-2 N-Protein, verbinden sie sich miteinander."

Ein Kapillarröhrchen wird verwendet, um die Probe dem Chip zuzuführen, der dann auf einen Magneten gelegt wird, der die Perlen zu einem elektrochemischen Sensor zieht, der mit Einfangantikörpern beschichtet ist. Die Perlen binden an den Einfang Antikörper und einen Strom erzeugen, der proportional zur Konzentration des Biomarkers in der Probe ist.

Der Potentiostat liest diesen Strom und sendet ein Signal an seine Telefon-App. Wenn keine COVID-19-Biomarker vorhanden sind, binden sich die Perlen nicht an den Sensor und werden im Chip weggespült.

Laut Lillehoj wäre es für die Industrie nicht schwierig, die Mikrofluidik-Chips herzustellen oder sie an neue COVID-19-Stämme anzupassen, wenn dies erforderlich wird.

Über die Autoren

Die National Institutes of Health, die National Science Foundation und der COVID-19 Research Fund der Rice University unterstützten die Forschung. - -

Original-Studie