来自德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员发明了一种基于石墨烯的设备，他们说这种设备能够在不到一分钟的时间内检测出COVID-19和流感，并区分这两种疾病。 作为一种用于诊断测试的材料，石墨烯是一种碳基、原子薄的纳米材料，当以特定的方式制造时，它具有“非凡的电子性能，高度导电和柔性”，使其成为一种适用于生物传感器的有用材料，该大学电气和计算机工程助理研究员德米特里·基列夫(Dmitry Kireev)说，他帮助开发了该设备。当带电荷的物体靠近石墨烯表面时，材料的电势会发生变化，并可以通过测量通过设备的电流来记录。 他说，因此，石墨烯晶体管“制造出了优秀的传感器，可以对任何接近表面的电荷都很敏感”，并且可以被功能化以检测特定的生物分子。 在这种背景下，Kireev和他的同事们决定建立一个对COVID-19和流感都敏感的传感器，可以快速区分这两种呼吸道疾病，使用由德克萨斯大学奥斯汀分校的另一个研究小组开发的COVID-19和流感抗体，能够结合每种病毒的多种变体来功能化石墨烯材料。通过用抗体溶液对石墨烯进行化学处理并将其孵育，他们创造了一种溶液，其中包括一个连接物与配对分子，连接到石墨烯和另一个连接物，连接到抗体。 然后，他们构建了一个由四部分组成的传感器，该传感器有四个独立的石墨烯晶体管:一部分带有covid -19特异性抗体，一部分带有流感特异性抗体，还有两部分用于对照。Kireev说，控制是必要的，因为生物样本含有“大量的生物分子混合物”，可能会干扰检测结果。 当包含样品和试剂的测试溶液被引入传感器芯片时，病毒蛋白与与石墨烯材料相连的抗体发生反应，并产生电荷，通常在10秒内发生。然后测量电荷，并根据电荷变化发生在哪个通道，得出结果。 研究人员在10月份发表的MedRxiv预印本中描述了他们设备的开发过程，并在上个月的美国化学学会春季会议上介绍了他们的工作。描述他们设备的最终手稿目前正在修订中。 Kireev和他的研究团队使用含有SARS-CoV-2和流感蛋白质的人造唾液测试了他们的设备，但他们仍需要用临床样本来验证，Kireev说，该设备还可以用于溶解在水中的鼻拭子样本，最终还可以用于血液等更复杂的样本类型。 虽然该测试目前正在实验室中使用，但Kireev说，研究人员预计该设备将用于人口密集的护理点环境，需要快速读取，例如办公楼。 Kireev表示，该团队有兴趣将该设备商业化，但这需要合作伙伴或初创公司来帮助扩大生产规模。他指出，该团队正试图主要专注于科学和技术，并没有广泛地追求商业翻译，尽管研究人员对此很感兴趣。尽管COVID-19大流行的高峰期可能已经过去，但基辅夫表示，COVID-19似乎“和流感一样具有季节性，很难完全消失”。研究人员将他们的设备视为“一种技术和多功能工具，应该在另一场疫情爆发时到位并做好准备。” 他说，在商业化之前，研究人员还需要解决的另一个挑战是提高设备的可重复性。Kireev补充说，尽管研究人员用于功能化石墨烯的制造技术“相当简单”，但它可能很难在更大范围内实现，需要时间和精力来适应更广泛的使用。 Kireev说，制造石墨烯的传统方法是将材料转移到硅片上，然后采取各种额外的步骤，但这些步骤可能会导至材料的轻微损坏，并影响石墨烯的灵敏度，从而限制了可能的生物传感应用。然而，德克萨斯大学奥斯汀团队的方法依赖于预制不含石墨烯的硅晶圆，然后将石墨烯直接转移到晶圆上，而不需要任何其他步骤，从而保持高灵敏度。 虽然石墨烯还不常用于诊断测试，但它正越来越多地被用作传染病诊断生物传感器的基础，尽管没有一种能达到德克萨斯大学奥斯汀分校团队所吹捧的10秒的转化时间。例如，Grip Molecular Technologies正在开发一种使用石墨烯生物传感器检测上呼吸道感染的多重诊断测试平台，而克利夫兰的IdentifySensors Biologics正在开发一种基于石墨烯的COVID-19测试。2017年，普渡大学的一个研究小组利用石墨烯生物传感器检测蚊子传播的病毒。2021年，伊利诺伊大学芝加哥分校的一个团队发表了一篇关于基于石墨烯的SARS-CoV-2检测的论文。 德克萨斯大学研究人员的平台是为COVID-19和大流行导至的流感而开发的，但基辅夫说，只要功能化抗体发生变化，它就可以适应并应用于其他疾病。然而，Kireev说，研究人员目前的重点是COVID-19和流感，因为扩大范围仍然是一项工程挑战。没有什么可以阻止开发人员增加更多的通道来检测更广泛的病毒或病原体，或者用不同类型的分子(如适体或酶)使设备功能化，以检测其他疾病，该团队目前正致力于使用其测试来区分SARS-CoV-2变体。 |
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