$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
В конце 2019 года в городе Ухань, Китай, возникла вирусная пандемия, вызванная новым бета-коронавирусом1 (т.е. 2019-nCoV), который позже был назван коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2)2 (далее преимущественно именуемым вирусом), включающая в себя легочный кластер и тяжелый острый респираторный дистресс3. В связи с быстрой передачей вируса от человека к человеку по всему миру, высоким уровнем инфицирования, высоким уровнем смертности и серьезными опасными для жизни побочными эффектами4 во время пандемии вирусологические исследования5 быстро развивались для определения геномной организации и структуры вируса 5,6. Симптомы COVID-19 7,8 включают высокую температуру, сухой кашель и генерализованную боль9. Важно отметить, что различные серотипы вируса приводят к различной степени тяжести заболевания10. Более того, бессимптомные носители потенциально могут распространять вирус. Обычно под микроскопом частицы вируса COVID-19 демонстрируют булавовидные выступы, образованные шиповидными белками11. Поэтому для контроля за распространением этого нового патогена выявление случаев заболевания должно быть своевременным и эффективным. Таким образом, сверхчувствительное, быстрое и избирательное выявление вируса на ранних стадиях вирусной инфекции приобрело решающее значение 2,11. Необходимо социальное/физическое дистанцирование, чтобы избежать передачи вируса12. Учреждения здравоохранения уделяют особое внимание разработке интеллектуальных диагностических средств и наносистем13. Действительно, как предлагают органы здравоохранения, целевое и массовое тестирование14,15 является обязательным и до сих пор востребованным.
В принципе, современные методы биологической диагностики, такие как полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР), являются наилучшими средствами массовой идентификации SARS-CoV-2, как в случае с коронавирусом, связанным с ближневосточным респираторным синдромом (MERS-CoV)16 и SARS-CoV-117. В этом контексте текущая стандартная идентификация заражения SARS-CoV-2 зависит от улучшения специфических для инфекции характеристик18,19. Кроме того, следует учитывать вариации инфекции SARS-CoV-2 в зависимости от региона, возраста, расы и пола. С конечной целью спасения жизней крайне важно создать инструменты быстрой диагностики для использования в местах оказания медицинской помощи (POC)20,21.
В этом контексте обычные стратегии, такие как флуоресцентная гибридизация in situ (FISH), исследование белкового иммуносорбента (ИФА), методы на основе микросфер, электрохимические тесты, а также МРТ, ПЭТ и NIRFOI22, имеют низкую чувствительность к низким уровням вируса, низкую селективность и низкую способность к повторному использованию; Кроме того, такие процедуры имеют недостатки, в том числе дорогостоящие диагностические системы с биосенсорным управлением, реагенты, не подлежащие повторному использованию, и потребность в высококвалифицированной рабочей силе. Таким образом, эти проницательные методы нельзя рассматривать как быстрые, разумные, исключительно специфичные или чувствительные методы POC24,25. Следует отметить, что существуют различные виды биосенсоров на основе ДНК и иммунизаторов, в которых используются составные, емкостные и электрические методы 18,26,27,28. Например, электрические биосенсоры ДНК, которые обладают высокой отзывчивостью, могут быть легко уменьшены и могут быть перестраиваемы29,30, были созданы для обнаружения вирусов Эбола31, Зика, MERS-CoV и SARS-CoV32,33,34. Аналогичным образом, был эффективно создан полевой полупроводниковый (FET) биосенсор для обнаружения шиповидного белка вируса с использованием определенных антител (моноклональных), иммобилизованных на устройствах, покрытых графеновой глазурью35,36. Тем не менее, эта новая стратегия менее чувствительна, чем ОТ-ПЦР. Кроме того, совсем недавно была разработана покрытая аэрозольными струями наночастицами оксида графена (GrO) 3D-терминальная структура детектирования вируса, которая имеет низкий предел идентификации (2,8 × 10−15 М); В любом случае, предложенная сложная структура биосенсора35 была протестирована с точки зрения использования POC и сравнена с другими существующими биосенсорными стратегиями, которые используются для обнаружения вируса 35,37,38.
В этом исследовании мы разработали и изготовили уменьшенный и многоразовый биосенсор DIDC на основе GrO для идентификации шиповидного белка вируса без ограничений, описанных выше для других биосенсоров. Этот биосенсор позволяет проводить детектирование на уровне фемтограммы (fg) в течение 3 с18,27 времени отклика. Для проведения этого исследования были выбраны нанохлопья GrO из-за лучшей чувствительности и селективности, что означает, что могут быть обнаружены низкие концентрации белка антигена вируса из мазков из ротоглотки или носоглотки. GrO является подходящим, синтетически надежным, стабильным и проводящим материалом, который может быть с выгодой использован для биосенсорных приложений 2,39,40,41. Кроме того, был использован подход к гибридизации моноклональных антител IgG без меток, при этом основное внимание уделялось белку S1 вирусного шипа. Изготовленный биосенсор SARS-CoV-2-GrO-DIDC можно использовать повторно после расширенной обработки и очистки раствором пираньи. Этот сверхбыстрый, чувствительный, селективный, не требующий меток и многоразовый биосенсор может быть использован для биосенсоризации клинических образцов и персонализированных приложений в здравоохранении 26,42,43,44.