Chip de detecção modificado com grafeno de alto desempenho para detecção de SARS-CoV-2

Parshant Kumar Sharma; Ebrahim Mostafavi; Nam-Young Kim; Thomas J. Webster; Ajeet Kaushik

doi:10.3791/64730

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Artigo de método

Chip de detecção modificado com grafeno de alto desempenho para detecção de SARS-CoV-2

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DOI:

10.3791/64730

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5 de maio de 2023

Parshant Kumar Sharma¹^,²^,³ , Ebrahim Mostafavi⁴^,⁵ , Nam-Young Kim¹^,²^,³ , Thomas J. Webster⁶ , Ajeet Kaushik⁷^,⁸

¹RFIC Bio Centre, Kwangwoon University, ²Department of Electronics Engineering, Kwangwoon University, ³NDAC Centre, Kwangwoon University, ⁴Stanford Cardiovascular Institute, Stanford University School of Medicine, ⁵Department of Medicine, Stanford University School of Medicine, ⁶Department of Biomedical Engineering, Hebei University of Technology, ⁷NanoBioTech Laboratory, Department of Environmental Engineering, Florida Polytechnic University, ⁸School of Engineering, University of Petroleum and Energy Studies (UPES)

Neste artigo

Resumo

O presente protocolo descreve a fabricação de protótipos de biossensores de baixo custo baseados em nanossistemas úteis para detectar com precisão proteínas virais (no nível Fg). Uma plataforma de sensor tão pequena permite aplicativos de ponto de atendimento que podem ser integrados à Internet das Coisas Médicas (IoMT) para atender aos objetivos de telemedicina.

Resumo

Este modelo de protótipo de detecção envolve o desenvolvimento de um chip de detecção capacitivo interdigital duplo (DIDC) reutilizável e envidraçado com óxido de grafeno duplo (GrO) para detectar o vírus coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2) de forma específica e rápida. O DIDC fabricado compreende um substrato de vidro contendo Ti/Pt envidraçado com óxido de grafeno (GrO), que é posteriormente modificado quimicamente com EDC-NHS para imobilizar anticorpos (Abs) hostis ao SARS-CoV-2 com base na proteína spike (S1) do vírus. Os resultados de investigações perspicazes mostraram que o GrO forneceu uma superfície projetada ideal para a imobilização de Ab e aumentou a capacitância para permitir maior sensibilidade e baixos limites de detecção. Esses elementos sintonizáveis ajudaram a atingir uma ampla faixa de detecção (1,0 mg / mL a 1,0 fg / mL), um limite mínimo de detecção de 1 fg / mL, alta capacidade de resposta e boa linearidade de 18,56 nF / g e um tempo de reação rápido de 3 s. Além disso, em termos de desenvolvimento de estruturas de teste de ponto de atendimento (POC) financeiramente viáveis, a reutilização do biochip GrO-DIDC neste estudo é boa. Significativamente, o biochip é específico contra antígenos transmitidos pelo sangue e é estável por até 10 dias a 5 °C. Devido à sua compactação, este biossensor reduzido tem potencial para diagnósticos POC de infecção por COVID-19. Este sistema também pode detectar outras doenças virais graves, embora uma etapa de aprovação utilizando outros exemplos de vírus esteja em desenvolvimento.

Introdução

Uma pandemia viral causada por um novo beta coronavírus¹ (ou seja, 2019-nCoV), que mais tarde foi denominado coronavírus da síndrome respiratória aguda grave 2 (SARS-CoV-2)² (doravante predominantemente referido como vírus), envolvendo um cluster pneumônico e desconforto respiratório agudo grave, surgiu na cidade de Wuhan, China, no final de 2019³. Devido à sua rápida transmissão mundial de humano para humano, alta taxa de infecção, alta taxa de mortalidade e efeitos adversos graves com risco de vida⁴, durante a pandemia, a pesquisa em viro....