طور الباحثون في هذا المشروع مستشعرًا جديدًا لا يتطلب تحضير عينة ويتطلب أقل خبرة. بفضل هذه الإمكانات ، يتمتع هذا المستشعر بميزة كبيرة على طرق الاختبار الحالية ، وخاصة الاختبارات المكثفة.
قال إيشان بارمان ، مساعد الهندسة الميكانيكية في جامعة جونز هوبكنز وأحد الباحثين في المشروع: “إنه مجرد سكب قطرة من اللعاب على آلة والحصول على نتيجة سلبية أو إيجابية”. النقطة الأساسية هي أن هذه الطريقة لا تتطلب تغييرات كيميائية مثل الوسم الجزيئي أو تفعيل الأجسام المضادة. هذا يعني أنه يمكن استخدام المستشعر في النهاية في الأجهزة القابلة للارتداء.
وأضاف: “يمكن لهذه التكنولوجيا الجديدة أن تتغلب على قيود الاختبارات الحالية لـ Covid-19 ، لكنها غير متوفرة بعد في السوق.
يعتبر اختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) دقيقًا للغاية ، ولكنه يتطلب عملية تحضير عينة معقدة ويستغرق من عدة ساعات إلى عدة أيام لإعداد النتائج في المختبر. بمعنى آخر ، تظهر الاختبارات السريعة التي تكتشف وجود المستضدات نجاحًا أقل في الكشف المبكر عن العدوى الأولية وغير المصحوبة بأعراض وقد ترتبط بنتائج خاطئة.
يتمتع المستشعر الجديد من باحثي جامعة جونز هوبكنز بحساسية اختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل وسرعة اختبار المستضد. خلال الاختبار الأولي ، أظهر المستشعر دقة بنسبة 92٪ في الكشف عن فيروس كورونا في عينات اللعاب ، وكانت النتائج مماثلة لنتائج تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). كما أظهر المستشعر نجاحًا كبيرًا في الكشف السريع عن فيروسات أخرى ، بما في ذلك “النوع الفرعي لفيروس الأنفلونزا أ H1N1” و “زيكا”.
يعتمد المستشعر على تقنيات “الطباعة الحجرية بتقنية Nanoimprint” و “تقنية Raman Enhanced Surface Intermediation” (SERS) والتعلم الآلي. يمكن استخدام هذا المستشعر للاختبار الشامل على شكل رقائق يمكن التخلص منها على الأسطح الصلبة أو المرنة.
مفتاح نجاح هذه الطريقة هو تقنية تسمى FEMIA ، تم تطويرها في مختبر David Gracias ، أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية في جامعة جونز هوبكنز. في هذه الطريقة ، يتم وضع عينة من اللعاب على المادة وتحليلها باستخدام مناظير ذات سطح رامان محسّن ، والذي يستخدم ضوء الليزر لدراسة كيفية اهتزاز جزيئات العينة.
نظرًا لأن تقنية FEMIA ذات البنية النانوية تضخم بشكل كبير إشارة رامان للفيروس ، يمكن للنظام اكتشاف وجود الفيروس بسرعة ؛ حتى لو كانت هناك تأثيرات صغيرة فقط في العينة. من الابتكارات المهمة الأخرى لهذا النظام استخدام خوارزميات التعلم الآلي المتقدمة لاكتشاف العلامات الصغيرة جدًا في البيانات الطيفية ، مما يسمح للباحثين بتحديد وجود الفيروس وكثافته بدقة.
قالت ديبادريتا باريا ، الباحثة الرئيسية في المشروع: “يتيح لنا الاكتشاف البصري غير المحدد ، جنبًا إلى جنب مع التعلم الآلي ، الحصول على منصة يمكنها اختبار مجموعة واسعة من الفيروسات بحساسية وانتقائية أكبر وبسرعة كبيرة”. ببطء
يمكن وضع مادة المستشعر على أي نوع من الأسطح ؛ من مقابض الأبواب والمداخل إلى الأقنعة والمنسوجات.
قال غراسياس: “باستخدام هذه التكنولوجيا النانوية ، قمنا بتطوير مستشعرات عالية الدقة وقابلة للتعديل وقابلة للتطوير لاكتشاف Quaid-19 ، والتي تتميز بالصلابة والمرونة ، ليس فقط لاستخدام أجهزة الاستشعار الحيوية القائمة على الرقائق ، ولكن أيضًا للأجهزة القابلة للارتداء”. الأهمية.
وأضاف: “ربما يمكن استخدام هذا المستشعر في جهاز محمول باليد للكشف السريع عن الأماكن المزدحمة مثل المطارات أو الملاعب”.
قال بارمان: “منصتنا تتجاوز جائحة Covid-19 الحالي”. يمكننا استخدامه للكشف عن الفيروسات المختلفة. على سبيل المثال ، يمكننا استخدامه لتمييز الفيروس التاجي عن النوع الفرعي لفيروس الأنفلونزا أ H1N1. هذه مشكلة كبيرة لا يمكن اكتشافها بمساعدة الاختبارات السريعة الحالية.
يواصل فريق البحث بحثه لتوسيع تطبيق هذه التقنية باستخدام أمثلة مختلفة.
نُشرت الدراسة في مجلة Nano Letters.
46
.