Kâğıt-Tabanlı Elektrokimyasal Sensör COVID-19’u 5 Dakikadan Daha Kısa Sürede Tespit Edebiliyor
Fotoğraf: COVID-19 elektrokimyasal algılama platformu, University of Illinois
COVID-19 salgını tüm dünyaya yayılmaya devam ederken, virüsü takip etmek ve kontrol altına almak için testler önemli bir nokta olmaya devam etmektedir. Biyomühendislik yüksek lisans öğrencisi Maha Alafeef, kâğıt-tabanlı bir elektrokimyasal sensör kullanarak virüsün varlığını beş dakikadan daha kısa sürede tespit edebilen hızlı ve duyarlı bir test geliştirdi. Profesör Dipanjan Pan liderliğindeki ekip bulgularını ACS (American Chemical Society) Nano’ya bildirdi.
Alafeef, “Şu anda, yüzyılda bir kez olan ve hayat değiştiren bir olay yaşıyoruz. SARS-CoV-2 için erken tanı ve tedavisi için multidisipliner araçlar geliştirerek bu küresel ihtiyaca bütünsel bir yaklaşımla yanıt veriyoruz.” diyor.
Piyasada COVID-19 testlerinin iki geniş kategorisi vardır. İlk kategori, viral RNA’yı tanımlamak için ters transkriptaz gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) ve nükleik asit hibridizasyon stratejilerini kullanmaktadır. Mevcut FDA onaylı tanı testleri bu tekniği kullanıyor. Bu testlerin de bazı dezavantajları vardır. Testi tamamlamak için gereken süre, uzman personel ihtiyacı ve ekipman reaktiflerinin mevcudiyeti, bu dezavantajlar arasında sayılabilir. İkinci kategori ise antikorların saptanmasına odaklanıyor. Ancak, bir kişi virüse maruz kaldıktan sonra saptanabilir antikorlar üretmesi için birkaç günden birkaç haftaya kadar bir gecikme yaşanabilmektedir.
Son yıllarda araştırmacılar, hastalıkların tespiti için grafen (graphen) gibi 2D nanomateryalleri kullanarak bakım noktası (point-of-care, POC) biyosensörleri oluşturmada bazı başarılar elde ettiler. Düşük üretim maliyeti, hızlı algılama dönüşleri ve duyarlılıkları; grafen tabanlı biyosensörlerin temel avantajlarındandır. Alafeef, “Grafenin keşfedilmesi, özellikleri sebebiyle yeni bir sensör geliştirme çağı açtı. Grafen, onu duyarlı elektrokimyasal sensörlerin geliştirilmesi için ideal yapan eşsiz mekanik ve elektrokimyasal özellikler sergiliyor” şeklinde açıklamalarda bulundu. Ekip, SARS-CoV-2 genetik materyalinin varlığını seçici olarak saptamak için elektriksel okuma kurulumuna sahip grafen tabanlı elektrokimyasal biyosensör yaptı.
Bu biyosensörün iki bileşeni vardır. Bunlar, elektriksel okumayı ölçmek için bir platform ve viral RNA’nın varlığını tespit etmek için problar. Platformun oluşturulması için, araştırmacılar öncelikle filtre kağıdını grafen nanoplatelet (graphene nanoplatelets) ile kaplayarak iletken bir film oluşturdular. Daha sonra, elektriksel okuma için bir temas yüzeyi olarak grafenin üstüne önceden tanımlanmış bir tasarıma sahip altın elektrot yerleştirdiler. Hem altın hem de grafen yüksek hassasiyete ve iletkenliğe sahiptirler. Bu özellikler platformu, elektrik sinyallerindeki değişiklikleri tespit etmek için ultra hassas hale getirmektedir.
Mevcut olan RNA tabanlı COVID-19 testleri, SARS-CoV-2 virüsündeki N-geninin (nükleokapsid fosfoprotein) varlığını gösteriyor. Bu araştırmada ekip, N-geninin iki bölgesini hedeflemek için antisens oligonükleotid (ASO) probları tasarladı. İki bölgeyi hedeflemek, bir bölgenin gen mutasyonuna uğraması durumunda diğerinin güvenilirliğini sağlıyor. Ayrıca altın nanopartiküller (AuNP), SARS-CoV-2 RNA için ultra duyarlı bir algılama probunu temsil eden tek sarmallı nükleik asitlerle (ssDNA) kapatılıyor.
Araştırmacılar, daha önce ACS Nano’da yayınlanan diğer çalışmalarında geliştirdikleri algılama problarının duyarlılıklarını gösterdiler. Viral RNA’nın bu problarla hibridizasyonu, sensörün elektriksel yanıtında değişiklik yaratmaktadır. Altın nanopartikül kapakları elektron transferini hızlandırmakta, bu transfer algılama platformu üzerinden yayınlandığında, çıkış sinyalinde bir artışa sebep olmakta ve bu da virüsün varlığını göstermektedir.
Ekip, sensörün performansını COVID-19 pozitif ve negatif örnekler kullanarak test etti. Sensör, negatif örnekler ile karşılaştırıldığında pozitif örneklerin voltajında önemli bir artış göstererek viral genetik materyalin varlığını beş dakikadan daha kısa sürede doğruladı. Üstelik, sensör bu örneklerde viral RNA yüklerini ayırt edebildi. Viral yük, enfeksiyonun ilerlemesinin önemli bir nicel göstergesidir.
Bu platform, taşınabilirliği ve düşük maliyeti sebebiyle geniş kapsamlı uygulamalara sahiptir. Sensör, mikro denetleyiciler ve LED ekranlarla ya da Bluetooth veya Wi-Fi üzerinden bir akıllı telefonla entegre edildiğinde, doktor muayenehanesinde, hatta evde bakım noktasında (point-of-care) bile kullanılabilir. Araştırma ekibi, COVID-19’un dışında bu geliştirilen sistemin birçok farklı hastalığın tespiti için uyarlanabilir olmasını da öngörüyor.
Alafeef, biyomühendisliğin sınırsız potansiyeli ve yenilikçi uygulamaları ile her zaman en büyük ilgisini uyandırdığını, araştırma projesinin gerçek bir dünya problemi çözme üzerinde etkisi olduğunu görmekten mutluluk duyduğunu söyledi. Son olarak da doktora programına, danışman Prof. Dipanjan Pan’a sonsuz desteği için, araştırma görevlisi Dr. Parikshit Moitra ve asistanı Ketan Dighe’nin bu çalışmanın başarısına yönelik yardım ve katkılarından dolayı teşekkür etti.
Kaynak : scitechdaily.com
