Платформа для биосенсоров одновременно обнаруживает витамин C и SARS-CoV-2

В эпоху пандемии COVID-19 портативные домашние тесты стали критически важными для того, чтобы понимать, когда нужно носить маску или изолироваться дома. Теперь исследователи из Пенсильванского университета разработали портативное и беспроводное устройство, которое одновременно обнаруживает SARS-CoV-2, вирус, вызывающий COVID-19, и витамин C, важнейший питательный элемент, который помогает повышать сопротивляемость инфекциям, интегрируя коммерческие транзисторы с лазерно-индуцированным графеном. Результаты были опубликованы на обложке ноябрьского выпуска 2024 года журнала ACS Applied Materials & Interfaces. Путем одновременного обнаружения вируса и уровня витамина C, тест может помочь людям и их врачам принимать более эффективные решения по лечению, отметили исследователи. Например, человеку с низким уровнем витамина C может помочь дополнительная дозировка, в то время как человеку с нормальным или высоким уровнем витамина C, возможно, следует рассмотреть другие варианты.

«Есть несколько исследований, которые показывают, что витамин C может помочь в управлении симптомами вирусных респираторных инфекций, таких как SARS-CoV-2», — сказала ведущий автор работы Айда Эбрахими, доцент кафедры электротехники, биомедицинской инженерии и материаловедения в Пенсильванском университете. «Существуют платформы для тестирования витамина C, но они громоздкие, дорогие и не подходят для тестирования на месте, в домашних условиях. Наше устройство портативное, простое в использовании и может одновременно обнаруживать витамин C и SARS-CoV-2, с возможностью добавления новых целевых молекул на ту же платформу для тестирования в будущем».

Исследователи выбрали для тестирования витамин C и SARS-CoV-2 не только из-за их клинической важности для пациентов, но и чтобы продемонстрировать универсальность их подхода к тестированию.

«Мы использовали витамин C и SARS-CoV-2 как модельные цели, чтобы продемонстрировать применимость нашего подхода для обнаружения биомаркеров с помощью двух типов датчиков, используемых в сообществе биосенсоров: с элементом захвата для „захвата“ целевых молекул и без него», — сказала Эбрахими. «Мы использовали эти молекулы, чтобы показать, как мы улучшили функциональность теста по сравнению с существующими методами».

После обработки небольшого образца слюны устройство отправляет результаты на мобильный телефон пользователя, объяснила Эбрахими. Пользователи могут продолжить мониторинг уровня витамина C дома и принимать добавки или употреблять продукты, богатые витамином C, чтобы потенциально улучшить свои симптомы.

Для разработки своей платформы для сенсоров исследователи изучили несколько параметров лазерно-индуцированного графена, который является невероятно тонким материалом с высокой чувствительностью и другими желательными свойствами. Он изготавливается с помощью высокоточной лазерной печати, чтобы создать сенсорный материал с трехмерной пористой структурой. Команда оценивала его пористость, электрические свойства и шероховатость поверхности, чтобы определить оптимальное количество «проходов» или слоев, которые следует использовать при печати сенсоров.

Количество проходов влияет на чувствительность сенсора и предел обнаружения, который определяется как наименьшая концентрация вещества, которую можно обнаружить с заданным уровнем доверия.

«Мы показали, что с двумя проходами лазерной печати, известными как два прохода лазерно-индуцированного графена, чувствительность сенсора и предел обнаружения значительно улучшаются как для витамина C, так и для SARS-CoV-2», — сказал первый автор Хешмат «Амир» Асгариан, аспирант кафедры электротехники Пенсильванского университета.

Похожие на небольшие тест-полоски, которые используют пациенты с диабетом для мониторинга уровня глюкозы, одноразовые сенсорные устройства, изготовленные на пластиковом подложке, дешевы и просты в производстве, отметили исследователи, в то время как модуль для тестирования можно использовать несколько раз.

Кроме Эбрахими и Асгариана, соавторами являются Винай Каммарчеду и Поя Султан Хамси, аспиранты кафедры электротехники Пенсильванского университета, и Каролина Брустолони, которая получила степень магистра в Пенсильванском университете.