隨著新冠肺炎大流行繼續在世界各地蔓延，檢測仍然是追蹤和控制病毒的關鍵策略。生物工程研究生MahaAlafeef利用一種紙基電化學傳感器共同開發了一種快速、超靈敏的測試方法，該傳感器可以在不到5分鐘內檢測病毒的存在。由潘振安教授領導的研究小組報告了他們的研究結果。ACS納米.
阿拉菲夫說：「目前，我們正經歷著一場百年一次的改變生命的事件。」「我們正在通過開發多學科工具，為SARS-CoV-2的早期檢測、診斷和治療開發多學科工具，以應對這一全球需求。」
市場上有兩大類新冠肺炎測試。第一類採用逆轉錄酶實時聚合酶鏈反應(RT-PCR)和核酸雜交策略鑑定病毒RNA。目前FDA批准的診斷測試使用了這一技術。一些缺點包括完成測試所需的時間、對專門人員的需要以及設備和試劑的可用性。
第二類測試的重點是抗體的檢測。然而，在一個人暴露於病毒後，可能會延遲幾天到幾個星期，讓他們產生可檢測到的抗體。
近幾年來，研究人員利用石墨烯等二維納米材料來檢測疾病，已經成功地研製出了護理點生物傳感器。基於石墨烯的生物傳感器的主要優點是靈敏度高，生產成本低，檢測速度快。Alafeef說：「石墨烯的發現為傳感器的發展開闢了一個新的時代。石墨烯具有獨特的力學和電化學性能，使其成為發展敏感電化學傳感器的理想材料。」該研究小組發明了一種基於石墨烯的電化學生物傳感器，該傳感器採用電子讀出裝置，可選擇性地檢測SARS-CoV-2基因材料的存在。
這種生物傳感器有兩個組成部分：一個測量電子讀出的平臺和探測病毒RNA存在的探針。為了創造這個平臺，研究人員首先在濾紙上塗上一層石墨烯納米血小板來製造導電膜。然後，他們在石墨烯上放置一個帶有預定義設計的金電極，作為電讀出的觸點。金和石墨烯都具有很高的靈敏度和導電性，這使得這個平臺對檢測電信號的變化非常敏感。
目前，基於RNA的新冠肺炎檢測了N-基因(核衣殼磷蛋白)在SARS-CoV-2病毒上的存在。在本研究中，研究小組設計了反義寡核苷酸(ASOS)探針，針對N-基因的兩個區域。當一個區域發生基因突變時，針對兩個區域可以保證傳感器的可靠性。此外，金納米粒子(AuNP)被這些單鏈核酸(Ssdna)覆蓋，這代表了對sars-cov-2 RNA的超靈敏傳感探針。
之前，研究人員在他們早期發表的工作中展示了已開發的傳感探針的靈敏度。ACS納米。病毒RNA與這些探針的雜交會引起傳感器電反應的改變。AuNP帽加速電子轉移，當在傳感平臺上廣播時，導致輸出信號的增加，並表明病毒的存在。
研究小組使用新冠肺炎陽性和陰性樣品測試了這種傳感器的性能。傳感器顯示，與陰性樣品相比，陽性樣品的電壓顯著增加，並在不到5分鐘內證實存在病毒遺傳物質。此外，該傳感器能夠區分病毒RNA載量在這些樣品。病毒載量是衡量感染進展的重要定量指標，也是利用現有診斷方法進行檢測的難點。
該平臺具有移植性好、成本低等優點，具有廣泛的應用前景。這種傳感器與微控制器和LED顯示屏集成在一起，或者通過藍牙或wifi與智慧型手機集成在一起，可以在醫生的辦公室甚至在家裡使用。除了新冠肺炎之外，研究小組還預見到，該系統能夠適應多種不同疾病的檢測。
Alafeef說：「生物工程的無限潛力總是激發了我的最大興趣，因為它具有創新性的翻譯應用。」「我很高興看到我的研究項目對解決一個現實世界的問題產生了影響。最後，我要感謝我的博士顧問潘國忠教授給予的無止境的支持，感謝研究科學家帕裡克什託拉博士和研究助理凱坦·迪哈(Ketan Dighe)對這項研究的成功所給予的幫助和貢獻。」