За последние 20 лет люди перенесли несколько серьезных эпидемий из-за возникающих вирусов, таких как атипичная пневмония, свиной грипп, лихорадка Эбола, MERS и (совсем недавно) SARS-CoV-2. Во время каждой эпидемии очень важен точный, быстрый и доступный молекулярный диагностический тест для контроля и предотвращения вирусных заболеваний. В частности, коронавирусная болезнь 2019 (COVID-19) быстро распространяется в большинстве стран, что приводит к серьезной глобальной пандемии, которая оказывает глубокое влияние на мировую экономику и нормальную жизнь людей. Точная и быстрая диагностика COVID-19 стала важнейшей мерой контроля над продолжающейся пандемией. В общем, количественная полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (RT-qPCR) является основным методом обнаружения генетических последовательностей на основе нуклеиновых кислот. Из-за трудоемкости пробоподготовки, которая должна проводиться в биологической лаборатории профессионалами с использованием специализированных инструментов, типичное время выполнения метода RT-qPCR превышает 24 часа. Кроме того, сложный процесс RT-qPCR может также снизить клиническую чувствительность, что приведет к ложноотрицательным результатам.
Недавно Гуо и его сотрудники из Пекинского университета разработали беспрецедентно точный, быстрый и портативный электрический детектор, основанный на использовании графеновых полевых транзисторов (G-FET) для обнаружения РНК у пациентов с COVID-19. Как показано на Рис. 1, система детектирования в основном состоит из двух частей: биосенсорного чипа в корпусе plug-and-play и электрической измерительной машины собственной разработки. Уникальной особенностью этого метода является то, что степень гибридизации между зондом ss-ДНК и вирусной РНК может быть напрямую преобразована в текущее изменение графеновых каналов без повторения процесса ПЦР, что обеспечивает сверхнизкий предел обнаружения (LOD ) из ~ 0.1 фг / мл для обнаружения гена-мишени РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRp) SARS-CoV-2. Кроме того, этот метод был валидирован с использованием клинических образцов, собранных у многих пациентов с инфекцией COVID-19, а также у здоровых людей, и результаты тестирования полностью соответствовали результатам оптических методов на основе ПЦР. Весь процесс, исключающий извлечение объектов обнаружения из мазков из ротоглотки, занимает примерно 10 мин. Поскольку эта система обнаружения не требует ни трудоемкого этапа ПЦР, ни дорогостоящих инструментов, она позволяет проводить массовое тестирование на COVID-19 вне специализированных диагностических лабораторий, с преимуществом высокой точности, чувствительности и низкой стоимости.
Примечательно, что ложноотрицательные результаты неизбежны в ходе тестирования нуклеиновых кислот; Таким образом, использование иммунодетекции в качестве вспомогательного метода важно при диагностике пациентов с COVID-19, особенно с подозрением на заболевания. Заменив зонд ss-ДНК на антигенный белок SARS-CoV-2, эта система обнаружения также может обнаруживать антитела IgM и IgG к SARS-CoV-2 со сверхнизким LOD ~ 1 фг / мл. Иммуноанализы образцов сыворотки пациентов с COVID-19 и здоровых людей превосходно совпали с таковыми оптическими методами на основе ПЦР.
Эта система обнаружения демонстрирует очевидные преимущества высокой чувствительности, быстрой скорости (~ 10 мин для анализа РНК и ~ 5 мин для иммуноанализа) и бифункции (как анализ РНК, так и иммуноанализ). Эти преимущества позволяют проводить высокопроизводительное тестирование в местах оказания медицинской помощи, что может облегчить управление текущим серьезным кризисом в области общественного здравоохранения. Кроме того, эта система обнаружения предлагает универсальную методологию, готовую к немедленному применению для быстрого обнаружения новых вирусов в будущем.