生物传感器可以超快、廉价地检测SARS-CoV-2

COVID-19大流行带来的挑战刺激了多个领域的创新。一个是低成本临床诊断方法的发展。基因传感器就是一个很好的例子。基于检测简单互补DNA或RNA序列的核酸，基因传感器是一种生物传感器，可以对遗传物质进行即时和敏感的大规模测试。

巴西São圣保罗大学São卡洛斯物理研究所(IFSC-USP)教授、物理学家小奥斯瓦尔多·诺维斯·德奥利维拉(Osvaldo Novais de Oliveira Junior)领导的一个隶属于各个机构的多学科研究团队刚刚生产出了一种这种设备，它已经被证明可以有效地检测SARS-CoV-2。

分析结果可在30分钟内得出，而每个基因传感器的实验室规模成本不到1美元。阻抗分析仪是该设备的耐用部件，其成本不到200美元。该设备已经在实验室规模上存在，而且该技术可以转让给任何有必要大规模生产的公司。

“我们的基因传感器可以固定一个简单的DNA条作为捕获探针。在适当的条件下，固定化条带与待分析液体样品中包含的互补DNA条带结合。这一过程被称为杂交，证明样本中存在SARS-CoV-2，样本可能是唾液或其他体液，”化学家朱莉安娜·科塔里尼·苏亚雷斯说。

Soares是一篇文章的第一作者，该文章描述了这项研究，并发表在材料化学前沿．

它是如何工作的

该装置由自组装的11-巯基十一酸(11-MUA)单层组成，化学结合到含有微量金引线的玻璃电极或含有金纳米颗粒的表面。这种环境能够固定作为捕获探针的简单DNA或RNA条带。与互补条带的杂交，如果它存在于样品中，通过电阻抗谱或电化学阻抗谱和局部表面等离子体共振检测到的物理参数的变化来显示。

“杂交后，传感器表面的电阻会增加，这可以通过成本约为100美元的低成本阻抗分析仪来监测，该分析仪由该小组成员洛伦佐·巴斯卡利亚工程师在我们的实验室开发。IFSC-USP的研究员、化学家Paulo Augusto Raymundo-Pereira参与了这项研究，他说:“捕获序列和互补的SARS-CoV-2序列之间的杂交的另一个影响是透射光谱中吸光度峰的变化，这可以通过使用分光光度计的局部表面等离子体共振来监测。”

在这项研究中达到的最高灵敏度相当于每微升0.3个拷贝，足以检测唾液或其他体液中的DNA序列。互补的SARS-CoV-2序列还通过应用于扫描电子显微镜图像的机器学习技术进行诊断，这些扫描电子显微镜图像来自暴露于不同浓度的互补DNA序列的基因传感器。

雷蒙多-佩雷拉说:“通过将机器学习算法应用于图像处理，我们能够在区分互补的SARS-CoV-2 DNA序列的不同浓度方面获得高度的精度。”

在检测实验中，在对照样本中验证了基因传感器的敏感性，包括SARS-CoV-2阴性序列和其他与病毒无关的DNA生物标记物。通过交互式文档映射(IDMAP)多维投影技术获得的数据分析显示，不同浓度的互补DNA序列与含有非互补序列或其他与SARS-CoV-2无关的DNA生物标志物的样本之间存在明显分离。

“使用几种检测方法的优点是操作方式多样，因此诊断方法可以根据每个国家或像巴西这样的大陆大小国家的不同区域的实际情况来实施。我们的基因传感器作为新型SARS-CoV-2变异基因物质的检测器也很有前途。要做到这一点，如果已知变异的基因序列，你只需换出用作捕获探针的简单DNA条，”Oliveira Junior解释道。

开发该设备的多学科团队包括São保罗大学São卡洛斯物理研究所(IFSC-USP)、São卡洛斯化学研究所(IQSC-USP)、数学科学和计算研究所(ICMC-USP)、巴西农业研究公司(EMBRAPA)仪器仪表部门和Paraná州库里提巴Pelé Pequeno Príncipe研究所的研究人员。