Il sensore elettrochimico di carta che può rilevare il COVID-19 in meno di 5minuti

Un sensore di carta messo a punto presso l'Università dell'Illinois è in grado di rilevare con precisione e in meno di 5 minuti il Covid

Tracciare il coronavirus è una delle stategie in uso in tutto il mondo per contenerne la diffusione. Esistono diversi tipi di test ma l’ultimo promette di essere preciso, veloce e a basso costo. Si tratta di un sensore di carta messo a punto presso l’Università dell’Illinois.

A idearlo è stata Maha Alafeef, che ha co-sviluppato questo test rapido e ultrasensibile utilizzando un sensore elettrochimico cartaceo in grado di rilevare la presenza del virus in meno di cinque minuti. Lo studio, guidato dal prof. Dipanjan Pan, è stato pubblicato sull’autorevole rivista ACS Nano.

“Stiamo rispondendo a questa esigenza globale da un approccio olistico sviluppando strumenti multidisciplinari per la diagnosi precoce e la diagnosi e il trattamento per SARS-CoV-2” ha detto Alafeef.

Esistono due ampie categorie di test COVID-19 sul mercato. La prima utilizza la reazione a catena della polimerasi a trascrizione inversa (RT-PCR) e le strategie di ibridazione degli acidi nucleici per identificare l’RNA virale. Tuttavia presenta alcuni svantaggi tra cui il tempo necessario per completare il test, la necessità di personale specializzato e la disponibilità di apparecchiature e reagenti. Si tratta del cosiddetto “Gold standard” ossia il test molecolare.

La seconda categoria di test si concentra sulla rilevazione degli anticorpi (test sierologici) . Tuttavia, potrebbe esserci un ritardo da pochi giorni a settimane dopo che una persona esposta al virus produca anticorpi rilevabili.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno lavorato con successo ala creazione di biosensori basati su nanomateriali 2D come il grafene per rilevare le malattie. I principali vantaggi dei biosensori a base di grafene sono la loro sensibilità, il basso costo di produzione e la rapidità nel rilevamento.

“La scoperta del grafene ha aperto una nuova era nello sviluppo di sensori grazie alle sue proprietà. Il grafene presenta proprietà meccaniche ed elettrochimiche uniche che lo rendono ideale per lo sviluppo di sensori elettrochimici sensibili”, ha detto Alafeef.

Sulla base di queste considerazioni, il team ha creato un biosensore elettrochimico a base di grafene con una configurazione di lettura elettrica in grado di rilevare selettivamente la presenza di materiale genetico del SARS-CoV-2.

Il biosensore è formato da due parti: una piattaforma per valutare la lettura elettrica e delle sonde per rilevare la presenza di RNA virale. Per creare la piattaforma, i ricercatori hanno prima rivestito la carta con uno strato di nanopiastrine di grafene creando una pellicola conduttiva. Quindi, hanno posizionato un elettrodo d’oro sopra il grafene come cuscinetto di contatto per la lettura elettrica. Sia l’oro che il grafene hanno un’elevata sensibilità e conduttività capace di rendere questa piattaforma ultrasensibile per rilevare i cambiamenti nei segnali elettrici.

Gli attuali test COVID-19 basati su RNA esaminano la presenza del gene N (fosfoproteina nucleocapsidica) sul virus SARS-CoV-2. In questa ricerca, il team ha progettato sonde oligonucleotidiche antisenso (ASO) per colpire due regioni del gene N. Il targeting di due regioni garantisce l’affidabilità nel caso in cui una regione subisca una mutazione genetica. Inoltre, le nanoparticelle d’oro (AuNP) sono ricoperte da questi acidi nucleici a filamento singolo (ssDNA), che rappresentano una sonda di rilevamento ultra sensibile per l’RNA SARS-CoV-2.

grafico sensore carta covidBioengineering Illinois

Il team ha testato le prestazioni di questo sensore utilizzando campioni positivi e negativi COVID-19. Il sensore ha mostrato un aumento significativo del voltaggio dei campioni positivi rispetto a quelli negativi e ha confermato la presenza di materiale genetico virale in meno di cinque minuti. Inoltre, è stato in grado di differenziare la carica RNA virale in questi campioni. Tale carica è un importante indicatore quantitativo del progresso dell’infezione.

Secondo gli ideatori, tale soluzione ha applicazioni di vasta portata grazie alla sua praticità e al basso costo. Il sensore, se integrato con schermi LED o con uno smartphone tramite Bluetoothwifi, potrebbe essere utilizzato ovunque, dagli studi medici alle abitazioni. Oltre a COVID-19, il team di ricerca prevede anche che il sistema sia adattabile a rilevare altre malattie diverse.

“Il potenziale illimitato della bioingegneria ha sempre suscitato il mio massimo interesse con le sue innovative applicazioni traslazionali”, ha affermato Alafeef. “Sono felice di vedere che il mio progetto di ricerca ha un impatto sulla risoluzione di un problema del mondo reale”.

Non sappiamo quando sarà utilizzato ma di certo potrebbe offrire una grande mano d’aiuto nel rilevare i casi positivi e tracciare i contagi.

Fonti di riferimento: The Grainger College of Engineering Bioengineering, ACS Nano