آخرین مطالب

شبیه‌سازی‌های ریاضی نشان می‌دهند که رویکرد جدید ممکن است تشخیص سریع‌تر، ارزان‌تر و دقیق‌تر از جمله شناسایی انواع جدید ارائه دهد –


یک رویکرد جدید برای آزمایش وجود ویروسی که باعث کووید-19 می‌شود ممکن است منجر به آزمایش‌هایی شود که سریع‌تر، کم‌هزینه‌تر و به طور بالقوه کمتر در معرض نتایج اشتباه نسبت به روش‌های تشخیص موجود هستند. به گفته محققان، اگرچه کار، بر اساس اثرات کوانتومی، هنوز تئوری است، این آشکارسازها به طور بالقوه می توانند برای شناسایی هر ویروسی سازگار شوند.

رویکرد جدید در مقاله منتشر شده در مجله توضیح داده شده است حروف نانو، توسط Changhao Li، دانشجوی دکترای MIT. پائولا کاپلارو، استاد علوم و مهندسی هسته ای و فیزیک؛ و روح الله سلیمان و محمد کهندل از دانشگاه واترلو.

آزمایش‌های موجود برای ویروس SARS-CoV-2 شامل آزمایش‌های سریعی است که پروتئین‌های ویروسی خاص را شناسایی می‌کند و آزمایش‌های واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) که چندین ساعت طول می‌کشد تا پردازش شوند. هیچ یک از این آزمایش ها نمی توانند مقدار ویروس موجود را با دقت بالا تعیین کنند. حتی تست‌های PCR استاندارد طلایی ممکن است دارای نرخ منفی کاذب بیش از 25 درصد باشند. در مقابل، تجزیه و تحلیل تیم نشان می‌دهد که آزمایش جدید می‌تواند نرخ منفی کاذب زیر 1 درصد داشته باشد. این آزمایش همچنین می‌تواند آنقدر حساس باشد که فقط چند صد رشته از RNA ویروسی را در عرض یک ثانیه تشخیص دهد.

رویکرد جدید از نقایص مقیاس اتمی در تکه‌های ریز الماس که به مراکز خالی نیتروژن (NV) معروف هستند، استفاده می‌کند. این عیوب کوچک به لطف اثرات کوانتومی که در شبکه کریستالی الماس رخ می دهد، به اغتشاشات بسیار حساس هستند و برای طیف گسترده ای از دستگاه های سنجش که نیاز به حساسیت بالایی دارند، مورد بررسی قرار می گیرند.

روش جدید شامل پوشاندن نانوالماس‌های حاوی این مراکز NV با ماده‌ای است که به صورت مغناطیسی با آن‌ها جفت شده و تنها با توالی RNA خاص ویروس پیوند می‌یابد. هنگامی که RNA ویروس وجود دارد و به این ماده متصل می شود، اتصال مغناطیسی را مختل می کند و باعث ایجاد تغییراتی در فلورسانس الماس می شود که به راحتی با حسگر نوری مبتنی بر لیزر قابل تشخیص است.

به گفته محققان، این حسگر تنها از مواد ارزان قیمت استفاده می کند (الماس های درگیر کوچکتر از ذرات گرد و غبار هستند)، و به گفته محققان، دستگاه ها را می توان برای تجزیه و تحلیل یک دسته کامل از نمونه ها به طور همزمان بزرگ کرد. پوشش مبتنی بر گادولینیوم با مولکول‌های آلی تنظیم‌شده با RNA را می‌توان با استفاده از فرآیندها و مواد شیمیایی رایج تولید کرد و لیزرهایی که برای خواندن نتایج استفاده می‌شوند با نشانگرهای لیزر سبز تجاری ارزان و گسترده قابل مقایسه هستند.

در حالی که این کار اولیه مبتنی بر شبیه‌سازی‌های ریاضی دقیق بود که ثابت کرد سیستم می‌تواند اصولاً کار کند، تیم به کار بر روی ترجمه آن به یک دستگاه در مقیاس آزمایشگاهی برای تأیید پیش‌بینی‌ها ادامه می‌دهد. لی می‌گوید: «ما نمی‌دانیم چه مدت طول می‌کشد تا تظاهرات نهایی را انجام دهیم. برنامه آنها ابتدا انجام یک آزمایش آزمایشگاهی اثبات اصول اولیه و سپس کار بر روی روش هایی برای بهینه سازی سیستم برای کارکرد آن بر روی برنامه های کاربردی تشخیص ویروس واقعی است.

فرآیند چند رشته‌ای به ترکیبی از تخصص در فیزیک و مهندسی کوانتوم، برای تولید خود آشکارسازها، و در شیمی و زیست‌شناسی، برای توسعه مولکول‌هایی که با RNA ویروسی متصل می‌شوند و یافتن راه‌هایی برای پیوند آنها با سطوح الماس نیاز دارد.

Cappellaro می‌گوید حتی اگر در ترجمه آنالیز نظری به یک دستگاه کار پیچیدگی‌هایی ایجاد شود، آنقدر حاشیه زیادی از منفی‌های کاذب کمتری از این کار پیش‌بینی می‌شود که احتمالاً همچنان مزیت قوی نسبت به آزمایش‌های PCR استاندارد در این زمینه خواهد داشت. او می گوید و حتی اگر دقت یکسان باشد، این روش همچنان مزیت بزرگی در تولید نتایج خود در چند دقیقه خواهد داشت، نه اینکه چندین ساعت نیاز داشته باشد.

او می‌گوید که روش اصلی را می‌توان با هر ویروسی، از جمله هر ویروس جدیدی که ممکن است ایجاد شود، سازگار کرد، تنها با تطبیق ترکیباتی که به حسگرهای نانوالماس متصل می‌شوند تا با مواد عمومی ویروس هدف خاص مطابقت داشته باشند.

او می افزاید که برای شرکتش، “ما در مورد استفاده از حسگرهای کوانتومی مبتنی بر الماس برای ساخت ابزارهای قدرتمند برای تشخیص های زیست پزشکی بسیار هیجان زده هستیم. نیازی به گفتن نیست، زیرا ایده های ارائه شده در این کار ترجمه شده اند، با علاقه فراوان دنبال می کنیم. آزمایشگاه.”

این کار توسط دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده و صندوق تعالی پژوهشی اول کانادا حمایت شد.

منبع داستان:

مواد ارائه شده توسط موسسه تکنولوژی ماساچوست. نوشته اصلی توسط دیوید ال چندلر. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.