Кофемашины Nespresso, которые варят эспрессо и кофе из кофейных капсул, можно использовать для тестов на covid. Ману Падилья / Shutterstock 

Переход к работе на дому имел свои проблемы для всех нас, но когда ваша работа связана с исследованием биологических применений нанотехнологий, эти испытания немного сложнее, чем манипулирование использованием широкополосной связи в домашних условиях. Так что из-за запрета на доступ в его лабораторию вы могли разумно ожидать исследования химика-органика. Витторио Саджомо, из группы Bionanotechnology в Университет Вагенингена и исследования в Нидерландах, чтобы полностью остановиться.

Но Саггиомо - творческий человек с богатым воображением, и поэтому он начал задаваться вопросом, сможет ли он использовать обычную бытовую технику в борьбе с COVID-19. В частности, может ли он создать дешевый высокочувствительный домашний тест на вирус? Оказывается, мог. Его команда разместила идею на сервер препринтов, ChemArxiv. Работа еще не рецензирована другими учеными.

На данный момент есть два основных типа теста на COVID-19: тест ПЦР и тест бокового потока (LFT). Золотой стандарт ПЦР-теста проверяет наличие вируса, обнаруживая его генетический материал, известный как РНК. Но в мазке есть исчезающе малое количество вирусного материала, поэтому этот материал необходимо преобразовать в ДНК и амплифицировать, прежде чем его можно будет обнаружить. И это достигается за счет «полимеразной цепной реакции», Что означает ПЦР.

Процесс включает повторяющиеся циклы в диапазоне температур от 50 ° C до 90 ° C. Во время каждого цикла количество ДНК удваивается, поэтому после 30 циклов можно создать более миллиарда копий вирусного материала всего из одной нити исходного материала. Затем амплифицированный материал обнаруживают флуоресцентными метками, которые прикрепляются к последовательностям вирусной ДНК.

Таким образом, ПЦР является высокочувствительным методом, но для его выполнения требуются специальные материалы и оборудование. Вот почему тесты отправляют в лабораторию, и на получение результата уходит день или два.

Второй распространенный тест - это тест бокового потока (LFT). Они работают путем обнаружения фрагментов оболочек вирусных белков. В полоски LFT встроены антитела, которые связываются с вирусом. Эти антитела помечены крошечными золотыми частицами, которые кажутся красными, что позволяет вам видеть их на тестовом устройстве. Меченые антитела накапливаются на отдельных полосах на LFT в зависимости от того, присутствует вирус или нет.

LFT быстрые, дешевые и простые в использовании, что делает их идеальными для тестирования в сообществе и дома. Но они и близко не так чувствительно как тесты ПЦР - они выявляют только людей с высокой вирусной нагрузкой. Это означает, что многие инфицированные люди получат ложноотрицательный результат таких тестов.

CoroNaspresso тесты

В идеале нам нужен домашний тест, такой же простой в использовании, как LFT, но такой же чувствительный, как тест ПЦР. Отличный кандидат - метод под названием петлевое изотермическое усиление (лампа). Это работает по принципам, очень похожим на ПЦР, создавая несколько копий исходного генетического материала, который вы можете получить из мазка, но имеет некоторые ключевые преимущества.

Например, его можно комбинировать с удобным «цветным считыванием». Когда происходит реакция Лампа, это вызывает повышение кислотности пробы. Это означает, что вы можете добавить в реакционную смесь вещество, которое меняет цвет в зависимости от значения pH, обеспечивая визуальную индикацию положительного или отрицательного результата. Еще одно преимущество состоит в том, что реакции лампы проводятся при фиксированной температуре (около 65 ° C), вместо того, чтобы постоянно менять диапазон температур.

Тем не менее, Лампа все еще нуждается в точном регулировании температуры. Системы контроля температуры - будь то ПЦР-машина, ламповый прибор или бытовая духовка - обычно достигаются с помощью электронных термостатов. Однако изготовление и поставка новых электронных устройств, специально разработанных для домашних испытаний ламп, нецелесообразно (особенно в разгар пандемии). Итак, Саггиомо попытался найти способ обойти это. Он нашел вещества, называемые материалы с фазовым переходом которые поглощают энергию (тепло) при плавлении и, таким образом, поддерживают постоянную температуру.

Обнаружив воск, сделанный из такого материала, который плавился точно при требуемой температуре, Саггиомо приступил к созданию устройства для размещения реакционных трубок Лампы и кусков воска. Затем его нужно было вставить в другой материал, который можно было нагреть. Оказалось, что идеальный корпус смотрит ему в лицо во время приготовления утреннего кофе: капсулы для кофемашины Nespresso.

Последним шагом был поиск правильного способа нагрева капсул. Попробовав посудомоечную машину (она работала, но образцы продолжали теряться), микроволновую печь (не удалось, потому что пробирки перегрелись и крышки выскочили) и чашки с горячей водой (недостаточный контроль температуры), Саггиомо остановился на простой сковороде. кипящей воды на плите. Получившееся устройство «CoroNaspresso» при тестировании другими членами команды с мазками от шести человек правильно идентифицировало три случая COVID-19 (они были другого цвета по сравнению с отрицательными тестами).

Домашний тест на ковид. Твит от @V_Saggiomo

Тест, включающий капсулы, фазовый воск и флаконы, в которые можно вставить генетический материал, можно было бы легко производить миллионами. Затем люди могли взять мазок на генетический материал дома и нагреть капсулы, чтобы получить результаты. Эти устройства также дешевы (около 0.20 евро), просты в изготовлении, просты в использовании и в значительной степени подлежат переработке. Возможно, скоро мы увидим тесты CoroNespresso у себя дома, только не путайте их с вашими обычными кофейными пакетиками.

Об авторе

Марк Лорч, Профессор кафедры науки коммуникации и химии, Университет Халла

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

books_science