محققان در این پروژه سنسور جدیدی ساخته اند که نیازی به آماده سازی نمونه ندارد و به حداقل تجربه نیاز دارد. با چنین قابلیت هایی، این سنسور مزیت قابل توجهی نسبت به روش های تست فعلی به ویژه تست های گسترده دارد.
ایشان بارمن، استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه جانز هاپکینز و یکی از محققان این پروژه گفت: «مصرف این است که یک قطره بزاق بر روی دستگاه ریخته شود و نتیجه منفی یا مثبت به دست آید. نکته کلیدی این است که این روش نیازی به تغییرات شیمیایی مانند برچسب گذاری مولکولی یا عامل دار کردن آنتی بادی ها ندارد. این بدان معنی است که این سنسور در نهایت می تواند در دستگاه های پوشیدنی استفاده شود.
وی افزود: این فناوری جدید ممکن است بر محدودیت‌های آزمایش‌های فعلی کووید-۱۹ غلبه کند، اما هنوز در بازار موجود نیست.
آزمایش “واکنش زنجیره ای پلیمراز” (PCR) بسیار دقیق است، اما نیاز به یک فرآیند پیچیده آماده سازی نمونه دارد و آماده سازی نتایج در آزمایشگاه از چند ساعت تا چند روز طول می کشد. به عبارت دیگر، آزمایش‌های سریعی که وجود آنتی‌ژن را تشخیص می‌دهند، موفقیت کمتری در تشخیص زودهنگام عفونت‌های اولیه و بدون علامت نشان می‌دهند و ممکن است با نتایج اشتباه همراه باشند.
حسگر جدید محققان دانشگاه جان هاپکینز دارای حساسیت تست PCR و سرعت تست آنتی ژن است. در طول آزمایش اولیه، سنسور دقت 92 درصدی را در تشخیص ویروس کرونا در نمونه‌های بزاق نشان داد و نتایج با نتایج PCR قابل مقایسه بود. این حسگر همچنین موفقیت چشمگیری در شناسایی سریع سایر ویروس ها از جمله “ویروس آنفولانزای نوع A H1N1” و “زیکا” نشان داده است.
این حسگر مبتنی بر فناوری‌های «لیتوگرافی نانوایمپرنت»، «واسطه سطحی پیشرفته رامان» (SERS) و یادگیری ماشینی است. این سنسور را می توان برای تست انبوه در قالب یک تراشه یکبار مصرف بر روی سطوح سخت یا انعطاف پذیر استفاده کرد.
کلید موفقیت این روش، فناوری به نام FEMIA است که در آزمایشگاه دیوید گراسیاس، استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه جان هاپکینز توسعه یافته است. در این روش، یک نمونه بزاق روی ماده قرار داده می شود و با کمک دوربین دوچشمی رامان پیشرفته سطحی که از نور لیزر برای بررسی نحوه ارتعاش مولکول های نمونه استفاده می کند، آنالیز می شود.
از آنجایی که فناوری نانوساختار FEMIA سیگنال رامان ویروس را به میزان قابل توجهی تقویت می کند، سیستم قادر است به سرعت حضور یک ویروس را تشخیص دهد. حتی اگر فقط اثرات کوچکی در نمونه وجود داشته باشد. یکی دیگر از نوآوری های مهم این سیستم، استفاده از الگوریتم های پیشرفته یادگیری ماشینی برای تشخیص سیگنال های بسیار کوچک در داده های طیف سنجی است که به محققان امکان می دهد تا حضور ویروس و چگالی آن را به دقت تعیین کنند.
Debadrita Paria، محقق ارشد این پروژه گفت: «تشخیص نوری بدون برچسب همراه با یادگیری ماشینی به ما امکان می‌دهد یک پلتفرم واحد داشته باشیم که می‌تواند طیف وسیعی از ویروس‌ها را با حساسیت و گزینش‌پذیری بیشتر و بسیار سریع آزمایش کند.»
مواد حسگر را می توان روی هر نوع سطحی قرار داد. از دستگیره در و ورودی گرفته تا ماسک و پارچه.
Gracias گفت: با استفاده از این فناوری نانو، ما حسگرهای بسیار دقیق، قابل تنظیم و مقیاس‌پذیری را برای سنجش Quaid-19 توسعه داده‌ایم که هم سفت و هم انعطاف‌پذیر هستند، نه تنها برای استفاده در حسگرهای زیستی مبتنی بر تراشه، بلکه برای دستگاه‌های پوشیدنی. مهم.
وی افزود: شاید بتوان از این سنسور در یک دستگاه دستی برای تشخیص سریع در مکان های شلوغ مانند فرودگاه ها یا استادیوم ها استفاده کرد.
بارمن گفت: “پلتفرم ما فراتر از همه گیری کووید-19 فعلی است.” ما می توانیم از آن برای شناسایی ویروس های مختلف استفاده کنیم. به عنوان مثال، ما می‌توانیم از آن برای تمایز ویروس کرونا از زیرگروه ویروس آنفولانزای A H1N1 استفاده کنیم. این یک مشکل بزرگ است که با استفاده از تست های سریع فعلی قابل تشخیص نیست.
تیم تحقیقاتی در حال ادامه تحقیقات خود برای گسترش کاربرد این فناوری با استفاده از نمونه های مختلف است.
این مطالعه در مجله Nano Letters منتشر شد.
46