Ekspresy Nespresso, które zaparzają espresso i kawę z kapsułek, mogą być używane do testów na nosicielstwo. Manu Padilla/Shutterstock 

Przejście do pracy w domu było wyzwaniem dla nas wszystkich, ale jeśli twoja praca polega na badaniu biologicznych zastosowań nanotechnologii, te próby są nieco bardziej skomplikowane niż żonglowanie dostępem do szerokopasmowego Internetu w gospodarstwie domowym. Tak więc wykluczony z jego laboratorium, można rozsądnie oczekiwać badań chemika organicznego Wiktora Saggiomo, z grupy Bionanotechnology at Uniwersytet i badania w Wageningen w Holandii, który zatrzymał się.

Ale Saggiomo jest typem kreatywnym, obdarzonym wyobraźnią, więc zaczął się zastanawiać, czy mógłby dobrze wykorzystać zwykłe urządzenia gospodarstwa domowego w walce z COVID-19. A dokładniej, czy mógłby stworzyć tani, wysoce czuły test domowy na wirusa? Okazuje się, że mógł. Jego zespół opublikował teraz pomysł na serwer preprintu, ChemArxiv. Artykuł nie został jeszcze zrecenzowany przez innych naukowców.

W tej chwili są dwa główne rodzaje testu COVID-19: test PCR i test przepływu bocznego (LFT). Złoty standard testu PCR sprawdza obecność wirusa, wykrywając jego materiał genetyczny znany jako RNA. Ale w wymazówce znajdują się znikome ilości materiału wirusowego, więc materiał musi zostać przekształcony w DNA i amplifikowany, zanim zostanie wykryty. Osiąga się to dzięki „reakcja łańcuchowa polimerazy”, co oznacza PCR.

Proces obejmuje powtarzane cykle w zakresie temperatur od 50°C do 90°C. Podczas każdego cyklu ilość DNA podwaja się, więc po 30 cyklach można stworzyć ponad miliard kopii materiału wirusowego z tylko jednej nici materiału wyjściowego. Amplifikowany materiał jest następnie wykrywany za pomocą znaczników fluorescencyjnych, które przyczepiają się do sekwencji wirusowego DNA.

W związku z tym PCR jest bardzo czułą techniką, ale do jej wykonania wymaga specjalistycznych materiałów i sprzętu. Dlatego testy są wysyłane do laboratorium, a uzyskanie wyniku zajmuje dzień lub dwa.

Drugim powszechnym testem jest test przepływu bocznego (LFT). Działają one poprzez wykrywanie fragmentów otoczek białkowych wirusa. W paskach LFT osadzone są przeciwciała, które wiążą się z wirusem. Te przeciwciała są oznaczone drobnymi złotymi cząsteczkami, które są czerwone, co pozwala zobaczyć je na urządzeniu testowym. Wyznakowane przeciwciała gromadzą się na odrębnych prążkach na LFT w zależności od tego, czy wirus jest obecny, czy nie.

LFT są szybkie, tanie i łatwe w użyciu, co czyni je idealnymi do testów społecznościowych i domowych. Ale oni są nigdzie nie tak wrażliwy jak testy PCR – będą identyfikować tylko osoby z wysokim mianem wirusa. Oznacza to, że wiele osób zarażonych otrzyma fałszywie negatywny wynik takich testów.

Testy CoroNaspresso

Idealnie, potrzebujemy testu domowego, który jest tak łatwy w użyciu jak LFT, ale tak czuły jak test PCR. Doskonałym kandydatem jest metoda zwana amplifikacja izotermiczna za pośrednictwem pętli (lampa). Działa to zgodnie z bardzo podobnymi zasadami do PCR, wytwarzając wiele kopii wyjściowego materiału genetycznego – który można uzyskać z wymazu – ale ma pewne kluczowe zalety.

Na przykład można go połączyć z poręcznym „odczytem koloru”. Wystąpienie reakcji lampy powoduje wzrost kwasowości próbki. Oznacza to, że możesz dodać substancję, która zmienia kolor w zależności od wartości pH w mieszaninie reakcyjnej, zapewniając wizualne wskazanie pozytywnego lub negatywnego wyniku. Inną zaletą jest to, że reakcje lampy są przeprowadzane w stałej temperaturze (około 65°C) zamiast konieczności ciągłego cyklu w różnych temperaturach.

Niemniej jednak lampa nadal wymaga dokładnej kontroli temperatury. Systemy kontroli temperatury – czy to w maszynie PCR, przyrządzie lampowym czy piekarniku domowym – są zwykle osiągane za pomocą termostatów elektronicznych. Jednak wytwarzanie i wysyłanie nowych urządzeń elektronicznych specjalnie zaprojektowanych do testów lamp domowych jest niepraktyczne (zwłaszcza w środku pandemii). Więc Saggiomo próbował znaleźć sposób na obejście tego. Trafił na substancje zwane materiały przemiany fazowej które pochłaniają energię (ciepło) podczas topienia i utrzymują stałą temperaturę.

Po znalezieniu wosku wykonanego z takiego materiału, który topił się dokładnie w wymaganej temperaturze, Saggiomo zabrał się do zbudowania urządzenia do przechowywania rurek reakcyjnych Lamp i kawałków wosku. Musiało to być następnie włożone do innego materiału, który można było podgrzać. Idealna obudowa okazała się patrzeć mu prosto w twarz podczas robienia porannej kawy: kapsułki z ekspresu Nespresso.

Ostatnim krokiem było po prostu znalezienie właściwego sposobu na podgrzanie kapsułek. Po wypróbowaniu zmywarki (działało, ale próbki wciąż się gubiły), kuchence mikrofalowej (nie udało się, ponieważ rurki się przegrzały, a pokrywki odskoczyły) i kubkach pełnych gorącej wody (brak wystarczającej kontroli temperatury), Saggiomo usiadł na prostej patelni gotującej się wody na kuchence. Powstałe urządzenie „CoroNaspresso”, testowane przez innych członków zespołu, z wymazami od sześciu osób, prawidłowo zidentyfikowało trzy przypadki COVID-19 (te miały inny kolor niż testy negatywne).

Domowy test na nosicielstwo. Tweetuj przez @V_Saggiomo

Test, w tym kapsułki, wosk zmieniający fazę i fiolki, do których można wprowadzić materiał genetyczny, byłby łatwy do wyprodukowania w milionach. Ludzie mogliby następnie pobrać w domu wymaz w celu pobrania materiału genetycznego i podgrzać kapsułki, aby uzyskać wyniki. Urządzenia te są również tanie (około 0.20 euro), łatwe w wykonaniu, łatwe w użyciu i w dużej mierze nadają się do recyklingu. Może wkrótce zobaczymy testy CoroNespresso w naszych domach, tylko nie myl ich ze zwykłymi saszetkami z kawą.

O autorze

Marka Lorcha, profesor komunikacji naukowej i chemii, University of Hull

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

książki_nauka