حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش
تشخیص کووید-19 با حسگرهای زیستی مبتنی بر نانولوله کربنی

تشخیص کووید-19 با حسگرهای زیستی مبتنی بر نانولوله کربنی

تاریخ : ۱۴۰۰/۰۹/۰۸ تعداد بازدید :‌ ۳۰۶
نویسندگان : فائزه باغانی-مترجم
پاندمی کرونا (2019) که در اثر شیوع سریع سندرم حاد تنفسی کرونا-2 (SARS-CoV-2) ایجاد می‌شود، جان میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان گرفته است. دانشمندان اقدامات دارویی و غیردارویی مختلفی را برای مبارزه با این پاندمی توسعه داده‌اند. در این میان، توسعه واکسن‌های مؤثر، درمان‌ها و کیت‌های تشخیصی سریع و قابل اعتماد می‌تواند به مدیریت بحران کمک زیادی کند. فناوری نانو نقش حیاتی در طول پاندمی ایفا کرده است. این یادداشت بر نقش نانولوله‌های کربنی در توسعه حسگرهای زیستی برای شناسایی SARS-CoV-2 تمرکز دارد.

ویروس SARS-CoV-2 از یک RNA ژنومیک رشته مثبت بزرگ تشکیل شده است که پروتئین‌های جانبی و چهار پروتئین ساختاری (سنبله، پوشش، غشاء و نوکلئوکپسید) را کدگذاری می‌کند. عملکرد اولیه دامنه S1 پروتئین سنبله اتصال با آنزیم مبدل آنژیوتانسین 2 (ACE2) سلول میزبان است، در حالی که دامنه S2 باعث ادغام غشاها می‌شود که منجر به عفونت می‌شود.

این ویروس بسیار مسری است، یعنی به راحتی از طریق لمس، قطرات، هوا، مسیر مدفوعی-دهانی، از مادر به نوزاد و از حیوان به انسان منتقل می‌شود. برای جلوگیری از گسترش بیشتر این ویروس، تشخیص زودهنگام بسیار مهم است.

اگرچه واکنش زنجیره‌ای پلیمراز بی‌درنگ (qPCR) برای تشخیص SARS-CoV-2 توصیه شده است، این روش به تجهیزات گران‌قیمت و پرسنل ماهر نیاز دارد و زمان‌بر است. این امر از تشخیص زودهنگام و سریع ویروس که جنبه حیاتی برای درمان کووید-19 است، جلوگیری می‌کند.

حسگرهای مبتنی بر نانولوله‌های کربنی توسعه یافته‌اند و نوید می‌دهند که ابزارهای تشخیصی بسیار کارآمد و سریعی برای عفونت SARS-CoV-2 باشند.

 

نانولوله‌های کربنی (CNT)

CNT ها نانومواد مبتنی بر کربن هستند که دارای خواص منحصر به فرد زیادی هستند. آن‌ها استوانه‌های توخالی با ضخامت نانومتر هستند که به دلیل پیوندهای کربن-کربن بسیار سفت و بادوام هستند. CNT ها به دو صورت در دسترس هستند: نانولوله‌های کربنی تک جداره به ضخامت یک اتم (SWCNTs) یا نانولوله‌های کربنی چند جداره با چند لایه گرافیت (MWCNT). آن‌ها از نظر حرارتی پایدار هستند، به طور طبیعی هنگامی که در معرض نور لیزر قرار می‌گیرند فلورسانس نشر می‌کنند و دارای خواص الکترونیکی هستند که در توسعه حسگرهای کارآمد مورد بهره‌برداری قرار گرفته است.

 

تشخیص SARS-CoV-2 بدون آنتی بادی

محققان MIT به تازگی حسگر جدیدی مبتنی بر فناوری حسگر نانولوله‌های کربنی طراحی کرده‌اند که قادر به شناسایی سریع SARS-CoV-2 بدون نیاز به آنتی‌بادی یا معرف است.

مزیت اصلی این حسگر این است که می‌تواند از بسیاری از مراحل وقت‌گیر، مانند تولید آنتی‌بادی و خالص‌سازی، جلوگیری کند. محققان اطمینان دارند این حسگر جدید نه تنها به طور دقیق کووید-19 را تشخیص می‌دهد، بلکه ویروس‌های دیگری که پتانسیل ایجاد پاندمی‌های آینده را دارند را نیز می‌تواند شناسایی کند.

مایکل استرانو، استاد مهندسی شیمی MIT، اظهار داشت که تشخیص سریع می‌تواند محدودیت‌های سفر را کاهش دهد؛ زیرا افراد می‌توانند قبل از سوار شدن به هواپیما غربالگری شوند و این می‌تواند به جلوگیری از گسترش بیشتر ویروس کمک کند.

پیش از این، محققانی که در آزمایشگاه استرانو کار می‌کردند، ادعا می‌کردند که حسگرها را می‌توان با پیچیده کردن CNT ها در پلیمرهای مختلف که به شناسایی شیمیایی مولکول‌های هدف (بیومارکر) خاص پاسخ می‌دهند، توسعه داد.

یک حسگر جدید کووید-19 که به عنوان Corona Phase Molecular Recognition (CoPhMoRe) نیز شناخته می‌شود، بر اساس این رویکرد ساخته شده است.

CoPhMoRe حاوی پلیمرهای آمفیفیلیک است که در آن مناطق آب‌گریز مانند لنگرها روی لوله‌ها وجود دارد و مناطق آب‌دوست مجموعه‌ای از حلقه‌ها را تشکیل می‌دهند که از لوله‌ها فاصله دارند.

آرایش حلقه نقش مهمی ایفا می‌کند، زیرا فقط نوع خاصی از مولکول‌های هدف می‌توانند در فضاهای بین حلقه‌ها قرار بگیرند. این پیوند شدت طول‌موج تولید شده توسط نانولوله‌های کربنی را تغییر می‌دهد. آزمایشگاه استرانو و InnoTech Precision Medicine (یک شرکت ابزار تشخیصی مستقر در بوستون) کمک هزینه موسسه ملی بهداشت را برای توسعه حسگر زیستی CoPhMoRe برای شناسایی پروتئین‌های SARS-CoV-2 دریافت کردند.

نکته مهم این است که این حسگر می‌تواند هم نوکلئوکپسید و هم پروتئین اسپایک SARS-CoV-2 را شناسایی کند. همانطور که در بالا گفته شد، این دستگاه بسیار دقیق و حساس است. می‌تواند 2.4 پیکوگرم پروتئین ویروسی در هر میلی‌لیتر از نمونه را در عرض پنج دقیقه تشخیص دهد. جالب اینجاست که این دستگاه می‌تواند پروتئین نوکلئوکپسید را در نمونه‌های بزاق شناسایی کند.

پروتئین اسپایک را نمی‌توان از نمونه بزاق تشخیص داد زیرا بزاق حاوی کربوهیدرات‌ها و آنزیم‌هایی است که با تشخیص پروتئین تداخل می‌کنند، به همین دلیل است که اکثر تشخیص‌های کووید-19 نیاز به سواب بینی دارند.

 

تشخیص SARS-CoV-2 با آنتی‌بادی

مطالعات پیشین نشان داده‌اند که حسگرهای زیستی الکترونیکی ترانزیستور اثر میدان (FET) شبکه نانولوله می‌توانند به طور مؤثر یون‌های فلزی، بیومولکول‌ها (هورمون‌ها)، ویروس‌ها و سلول‌های کامل را شناسایی کنند. به تازگی، دانشمندان یک حسگر زیستی الکتروشیمیایی جدید بر اساس ترانزیستور اثر میدان نانولوله کربنی (CNT-FET) برای شناسایی ویروس کووید-19 ساخته‌اند.

CNT-FET تشخیص دیجیتالی آنتی‌ژن SARS-CoV-2 S1 را در نمونه‌های بزاق امکان‌پذیر می‌کند. با توجه به توسعه این حسگر زیستی، SWCNT ها با تثبیت آنتی‌بادی ضد SARS-CoV-2 S1 روی سطح SiO2 بین کانال‌های S-D (منبع- تخلیه) با استفاده از یک پیونددهنده سوکسینیمیدیل استر 1-پیرنبوتانوئیک اسید (PBASE) از طریق تعامل غیر کووالانسی رسوب می‌کنند.

محققان از هیبریداسیون RNA به عنوان مولد سیگنال اولیه استفاده کردند و ترانزیستور اثر میدان شبکه نانولوله با گیت مایع به عنوان مبدل سیگنال به کار گرفته شد. برای توسعه این حسگر، پژوهشگران از آنتی ژن SARS-CoV-2 S1 تجاری موجود برای تجزیه و تحلیل خروجی الکتریکی حسگر زیستی CNT-FET استفاده کردند.

این فناوری می‌تواند SARS-CoV-2 را از سایر ویروس‌های کرونا که حاوی آنتی‌ژن SARS-CoV-1 S1 یا MERS-CoV S1 هستند، به طور مؤثر تشخیص دهد. علاوه بر این، ثابت شده است که بسیار حساس است و می‌تواند عفونت کووید-19 را با استفاده از نمونه‌های بزاق به سرعت تشخیص دهد.

 

نتیجه‌گیری

حسگرهای زیستی مبتنی بر CNT، چه با آنتی‌بادی و چه بدون آن، با توجه به تشخیص دقیق و سریع SARS-CoV-2 کارایی بالایی از خود نشان داده‌اند. یک سیستم تشخیص سریع به جداسازی افراد آلوده و غیر آلوده و جلوگیری از گسترش بیشتر عفونت کووید-19 کمک می‌کند.

تشخیص زودهنگام، درمان SARS-CoV-2 بدون تأخیر را ارتقا می‌دهد. این رویکردهای تشخیصی دقیق و ارزان جایگزینی قابل اعتماد برای تکنیک‌های تشخیصی موجود هستند.

 

درباره نویسنده «دکتر پریوم بوز»

پریوم بوز (Priyom Bose) دارای مدرک دکتری در زیست شناسی گیاهی و بیوتکنولوژی از دانشگاه مدرس هند است. او یک محقق فعال و یک نویسنده باتجربه علمی است. پریوم همچنین چندین مقاله تحقیقاتی اصلی را که در مجلات معتبر منتشر شده است، تألیف کرده است. او همچنین یک خواننده مشتاق و یک عکاس آماتور است.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code