Ein Forschungsteam der Carnegie Mellon University berichtet über die Ergebnisse einer fortschrittlichen Plattform, die auf Nanomaterialien basiert.
Der auf Nanomaterialien basierende Biosensor kann in Sekunden spezifische Antikörper gegen SARS-CoV-2, das für die Covid-19-Pandemie verantwortliche Virus, nachweisen.
Zusätzlich zu den Tests hilft der Biosensor dabei, die immunologische Reaktion der Patienten auf neue Impfstoffe genau zu quantifizieren.
Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Fortgeschrittene Werkstoffe in einem Papier mit einem beredten Titel: "Nachweis von Covid-19-Antikörpern in Sekunden mittels dreidimensionaler Elektroden, die mit reduziertem Graphenoxid beschichtet und mit einem Aerosolstrahl nanoformiert sind".
Wie funktioniert der Biosensor?
Die Testplattform identifiziert das Vorhandensein von zwei Antikörpern des Virus, dem S1-Spike-Protein und der Rezeptorbindungsdomäne (RBD), in einem sehr kleinen Bluttropfen (ungefähr 5 Mikroliter).
Die Antikörperkonzentrationen können extrem niedrig sein und in jedem Fall unter einem Pikomolar (0,15 Nanogramm pro Milliliter) nachgewiesen werden.
Der Nachweis erfolgt durch eine elektrochemische Reaktion in einem tragbaren Mikrofluidikgerät, das Sendet die Ergebnisse fast sofort an eine einfache Oberfläche eines Smartphones.
"Wir haben die neuesten Fortschritte in Material und Herstellung wie den 3D-Druck von Nanopartikeln genutzt, um ein Gerät zu entwickeln, das Covid-19-Antikörper schnell nachweist", sagt er. Rahul Panat, außerordentlicher Professor für Maschinenbau an der Carnegie Mellon.
Biosensor auf innovative Weise hergestellt
Eine additive Fertigungstechnologie namens Aerosolstrahl 3D-Druck ist verantwortlich für die Effizienz und Genauigkeit der Testplattform. Kleine, kostengünstige Elektroden werden im Nanobereich mit Aerosoltröpfchen gedruckt, die thermisch miteinander verbunden sind.
Der Prozess führt zu einer rauen und unebenen Oberfläche, die eine größere Oberfläche und eine verbesserte elektrochemische Reaktion bietet, damit Antikörper leichter eingefangen werden können.
Der Test weist eine sehr niedrige Fehlerrate auf, da die Bindungsreaktion zwischen dem Antikörper und dem in der Vorrichtung verwendeten Antigen hochselektiv ist.
Ein außergewöhnlicher Verbündeter
Die Ergebnisse dieser Studie kommen zu einem entscheidenden Zeitpunkt in dieser Pandemie. Ein Gerät, das die Immunantwort sofort quantifiziert, ist entscheidend.
Die rasche Diagnose zur Behandlung und Prävention übertragbarer Krankheiten ist über die derzeitige Pandemie hinaus ein Problem der öffentlichen Gesundheit. Der Biosensor kann zum schnellen Nachweis von Biomarkern für andere Infektionserreger wie Ebola, HIV und Zika verwendet werden.
