Wissenschaftler erfinden den COVID-19-Test zu Hause mit Kaffeemaschinenkapseln

Nespresso-Maschinen, die Espresso und Kaffee aus Kaffeekapseln brauen, können für Covid-Tests verwendet werden.
Nespresso-Maschinen, die Espresso und Kaffee aus Kaffeekapseln brauen, können für Covid-Tests verwendet werden.
Manu Padilla / Shutterstock 

Der Übergang zur Heimarbeit hatte für uns alle seine Herausforderungen, aber wenn Ihre Aufgabe darin besteht, biologische Anwendungen für die Nanotechnologie zu erforschen, sind diese Versuche etwas komplizierter als das Jonglieren mit der Breitbandnutzung des Haushalts. Von seinem Labor ausgeschlossen, könnte man die Forschung des organischen Chemikers vernünftigerweise erwarten Vittorio Saggiomo, von der Bionanotechnology-Gruppe bei Wageningen University & Research in den Niederlanden zum Stillstand gekommen zu sein.

Aber Saggiomo ist ein kreativer, einfallsreicher Typ, und so begann er sich zu fragen, ob er gewöhnliche Haushaltsgeräte im Kampf gegen COVID-19 sinnvoll einsetzen könnte. Könnte er einen billigen, hochempfindlichen Heimtest für das Virus erstellen? Es stellte sich heraus, dass er es konnte. Sein Team hat die Idee nun auf a gepostet Preprint-Server, ChemArxiv. Das Papier muss noch von anderen Wissenschaftlern überprüft werden.

Im Moment gibt es zwei Haupttypen von COVID-19-Tests: der PCR-Test und der Lateral Flow Test (LFT). Der Goldstandard-PCR-Test überprüft das Vorhandensein des Virus durch Nachweis seines als RNA bekannten genetischen Materials. In einem Tupfer befinden sich jedoch verschwindend geringe Mengen an viralem Material. Daher muss das Material in DNA umgewandelt und amplifiziert werden, bevor es nachgewiesen werden kann. Und dies wird erreicht durch die „Polymerase Kettenreaktion”, Wofür PCR steht.

Der Prozess beinhaltet das wiederholte Durchlaufen eines Temperaturbereichs zwischen 50 ° C und 90 ° C. Während jedes Zyklus verdoppelt sich die DNA-Menge, so dass nach 30 Zyklen über eine Milliarde Kopien des viralen Materials aus nur einem Strang Ausgangsmaterial erzeugt werden können. Das amplifizierte Material wird dann mit fluoreszierenden Markierungen nachgewiesen, die sich an die viralen DNA-Sequenzen binden.

Daher ist die PCR eine hochempfindliche Technik, für deren Durchführung jedoch spezielle Materialien und Geräte erforderlich sind. Aus diesem Grund werden die Tests an ein Labor gesendet, und es dauert ein oder zwei Tage, um das Ergebnis zu erhalten.

Der zweite übliche Test ist der Lateral Flow Test (LFT). Diese arbeiten durch den Nachweis von Fragmenten viraler Proteinschalen. In die Streifen der LFTs sind Antikörper eingebettet, die an das Virus binden. Diese Antikörper sind mit winzigen Goldpartikeln markiert, die rot erscheinen, sodass Sie sie auf dem Testgerät sehen können. Die markierten Antikörper reichern sich in unterschiedlichen Banden auf der LFT an, je nachdem, ob das Virus vorhanden ist oder nicht.

Die LFTs sind schnell, billig und einfach zu bedienen, sodass sie sich ideal für Community- und Heimtests eignen. Aber sie sind bei weitem nicht so empfindlich Bei den PCR-Tests werden nur Personen mit hoher Viruslast identifiziert. Dies bedeutet, dass viele infizierte Personen bei solchen Tests ein falsch negatives Ergebnis erhalten.


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CoroNaspresso-Tests

Idealerweise benötigen wir einen Heimtest, der genauso einfach zu verwenden ist wie die LFTs, aber genauso empfindlich wie der PCR-Test. Ein ausgezeichneter Kandidat ist eine Methode namens schleifenvermittelte isotherme Verstärkung (Lampe). Dies funktioniert nach sehr ähnlichen Prinzipien wie die PCR und erzeugt mehrere Kopien des genetischen Ausgangsmaterials - das Sie von einem Tupfer erhalten können -, hat jedoch einige entscheidende Vorteile.

Zum Beispiel kann es mit einer praktischen „Farbanzeige“ kombiniert werden. Wenn die Lampenreaktion auftritt, erhöht sich der Säuregehalt der Probe. Das heißt, Sie können dem Reaktionsgemisch eine Substanz hinzufügen, deren Farbe sich je nach pH-Wert ändert, um einen visuellen Hinweis auf ein positives oder negatives Ergebnis zu erhalten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Lampenreaktionen bei einer festen Temperatur (etwa 65 ° C) durchgeführt werden, anstatt einen konstanten Zyklus durch einen Temperaturbereich zu erfordern.

Trotzdem benötigt die Lampe immer noch eine feine Temperaturregelung. Temperaturregelungssysteme - sei es in einem PCR-Gerät, einem Lampeninstrument oder einem Haushaltsofen - werden normalerweise mit elektronischen Thermostaten erreicht. Die Herstellung und der Versand neuer elektronischer Geräte, die speziell für Lampentests zu Hause entwickelt wurden, ist jedoch unpraktisch (insbesondere mitten in einer Pandemie). Also versuchte Saggiomo, einen Weg zu finden, um dies zu umgehen. Er traf auf Substanzen, die genannt wurden Phasenwechselmaterialien die beim Schmelzen Energie (Wärme) aufnehmen und so eine konstante Temperatur aufrechterhalten.

Nachdem Saggiomo ein Wachs aus einem solchen Material gefunden hatte, das genau bei der erforderlichen Temperatur schmolz, begann er mit der Konstruktion einer Vorrichtung zur Aufnahme der Lampenreaktionsröhrchen und Wachsbrocken. Dies musste dann in ein anderes Material eingeführt werden, das erhitzt werden konnte. Es stellte sich heraus, dass das perfekte Gehäuse ihn beim Zubereiten seines Morgenkaffees ins Gesicht starrte: Kapseln der Nespresso-Kaffeemaschine.

Der letzte Schritt bestand darin, den richtigen Weg zum Erhitzen der Kapseln zu finden. Nachdem Saggiomo den Geschirrspüler ausprobiert hatte (es funktionierte, aber die Proben gingen immer wieder verloren), den Mikrowellenherd (versagte, weil die Röhrchen überhitzt waren und die Deckel absprangen) und Tassen mit heißem Wasser (nicht genügend Temperaturkontrolle), setzte er sich auf eine einfache Pfanne kochendes Wasser auf einem Herd. Das resultierende „CoroNaspresso“ -Gerät identifizierte, als es von anderen Teammitgliedern mit Tupfern von sechs Personen getestet wurde, drei Fälle von COVID-19 korrekt (diese hatten eine andere Farbe als die negativen Tests).

Home Covid Test.
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Tweet von @V_Saggiomo

Der Test, einschließlich der Kapseln, des Phasenwechselwachses und der Fläschchen, in die genetisches Material eingesetzt werden soll, wäre in Millionenhöhe leicht herzustellen. Die Menschen könnten dann zu Hause nach genetischem Material tupfen und die Kapseln erhitzen, um ihre Ergebnisse zu erzielen. Diese Geräte sind auch billig (ca. 0.20 €), einfach herzustellen, einfach zu bedienen und weitgehend recycelbar. Vielleicht sehen wir die CoroNespresso-Tests bald in unseren Häusern. Verwechseln Sie sie einfach nicht mit Ihren normalen Kaffeepads.Das Gespräch

Über den Autor

Mark Lorch, Professor für Wissenschaftskommunikation und Chemie, University of Hull

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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