伊利诺伊大学香槟分校黄松 新冠肺炎电化学传感平台
学分:伊利诺伊大学 随着新冠肺炎大流行继续在世界各地蔓延，检测仍然是追踪和遏制病毒的一个关键策略
生物工程研究生马哈·阿拉菲夫(Maha Alafeef)共同开发了一种快速、超灵敏的检测方法，该方法使用基于纸张的电化学传感器，可以在不到五分钟的时间内检测出病毒的存在
由潘教授领导的研究小组在《美国化学学会纳米》杂志上报道了他们的发现
“目前，我们正在经历百年一遇的改变人生的事件，”阿拉菲夫说
「我们正透过发展多学科工具，及早发现、诊断和治疗严重急性呼吸系统综合症(综合症)-冠状病毒-2，从整体上回应全球的需要
" 市场上有两大类新冠肺炎测试
第一类使用逆转录酶实时聚合酶链反应和核酸杂交策略来鉴定病毒核糖核酸
目前美国食品和药物管理局批准的诊断测试使用这种技术
一些缺点包括完成测试所需的时间、对专业人员的需求以及设备和试剂的可用性
第二类测试侧重于抗体的检测
然而，在一个人接触病毒后，可能会有几天到几周的延迟，以使他们产生可检测的抗体
近年来，研究人员利用二维纳米材料(如石墨烯)来检测疾病，在创建即时生物传感器方面取得了一些成功
基于石墨烯的生物传感器的主要优点是它们的灵敏度、低生产成本和快速检测周转
“石墨烯的发现开启了传感器发展的新时代，这要归功于它的特性
石墨烯表现出独特的机械和电化学性能，这使得它成为开发灵敏的电化学传感器的理想材料
该团队制造了一种基于石墨烯的电化学生物传感器，带有电读出装置，可以选择性地检测SARS-CoV-2基因物质的存在
这种生物传感器有两个组成部分:一个测量电读数的平台和检测病毒核糖核酸存在的探针
为了创建这个平台，研究人员首先在滤纸上涂上一层石墨烯纳米片，形成一层导电膜
然后，他们在石墨烯上放置了一个预先设计好的金电极，作为电读出的接触垫
金和石墨烯都具有高灵敏度和导电性，这使得该平台对检测电信号的变化非常灵敏
目前基于核糖核酸的COVID-19测试筛选非典病毒上的氮基因(核衣壳磷蛋白)的存在
在这项研究中，研究小组设计了反义寡核苷酸探针来定位氮基因的两个区域
针对两个区域确保了传感器在一个区域发生基因突变时的可靠性
此外，金纳米粒子被这些单链核酸所覆盖(ssDNA)，这是一种对非典病毒核酸超敏感的传感探针
研究人员此前在发表于《美国化学学会纳米》杂志的早期研究中展示了所开发的传感探针的灵敏度
病毒核糖核酸与这些探针的杂交导致传感器电响应的变化
AuNP帽加速电子转移，当通过传感平台广播时，导致输出信号增加，并指示病毒的存在
研究小组使用新冠肺炎正负样本测试了这种传感器的性能
与阴性样本相比，该传感器显示阳性样本的电压显著增加，并在不到五分钟的时间内确认了病毒遗传物质的存在
此外，传感器能够区分这些样本中的病毒核糖核酸负载
病毒载量是感染进程的重要定量指标，也是使用现有诊断方法进行测量的挑战
该平台因其便携性和低成本而具有深远的应用
当传感器与微控制器和发光二极管显示屏集成或通过蓝牙或无线网络与智能手机集成时，它可以在医生办公室甚至在家的护理点使用
在新冠肺炎之外，研究小组还预见到该系统可以适用于许多不同疾病的检测
“生物工程的无限潜力总是激发我对其创新转化应用的极大兴趣，”阿拉菲夫说
“我很高兴看到我的研究项目对解决现实世界的问题产生了影响
最后，我要感谢我的博士
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导师潘教授对他无止境的支持，研究科学家李博士
帕里克希特·莫伊特拉和研究助理凯坦·迪格为这项研究的成功所提供的帮助和贡献
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