Математическое моделирование показывает, что новый подход предлагает более быстрое, дешевое и точное обнаружение коронавируса, включая определение новых штаммов. Об этом сообщает MIT. Новый подход к тестированию на наличие вируса, вызывающего COVID-19, может привести к тому, что тесты станут более быстрыми, менее дорогими и потенциально менее подверженными ошибочным результатам, чем существующие методы.

Хотя работа, основанная на квантовых эффектах, все еще носит теоретический характер, эти детекторы потенциально могут быть адаптированы для обнаружения практически любого вируса, говорят исследователи.

О новом подходе подробно говорится в статье, написанной Чанхао Ли, докторантом Массачусетского технологического института; Паолой Каппелларо, профессором ядерных наук, инженерии и физики; Рухоллой Солейман и Мохаммадом Коханделем из Университета Ватерлоо.

Существующие тесты на вирус SARS-CoV-2 включают в себя экспресс-тесты, выявляющие специфические вирусные белки, и тесты полимеразной цепной реакции (ПЦР), обработка которых занимает несколько часов. Ни один из этих тестов не может количественно определить количество вируса с высокой точностью. Даже стандартные ПЦР-тесты дают ложноотрицательные результаты с вероятностью более 25%. Напротив, новый анализ команды из MIT показывает, что новый тест может давать ложноотрицательные результаты с вероятностью ниже 1%. Тест также может быть достаточно чувствительным, чтобы обнаружить несколько сотен цепей вирусной РНК всего за секунду.

Новый принцип обнаружения коронавируса

Новый подход использует дефекты атомного масштаба в крошечных кусочках алмаза, известные как центры вакансий азота (NV). Эти крошечные дефекты чрезвычайно чувствительны к мельчайшим возмущениям благодаря квантовым эффектам, происходящим в кристаллической решетке алмаза, и исследуются для широкого спектра сенсорных устройств, требующих высокой чувствительности.

Новый метод включает в себя покрытие наноалмазов, содержащих эти NV-центры, материалом, который магнитно связан с ними и обработан так, чтобы связываться только с определенной последовательностью РНК вируса. Когда вирусная РНК присутствует и связывается с этим материалом, она нарушает магнитную связь и вызывает изменения флуоресценции алмаза, которые легко обнаруживаются с помощью лазерного оптического датчика.

По словам исследователей, в датчике используются только недорогие материалы (алмазы меньше пылинок), и устройства можно масштабировать для одновременного анализа целой партии образцов. Покрытие на основе гадолиния с его РНК-настроенными органическими молекулами может быть получено с использованием обычных химических процессов и материалов, а лазеры, используемые для считывания результатов, сопоставимы с дешевыми, широко доступными коммерческими зелеными лазерными указками.

Подробное математическое моделирование доказало, что система может работать в принципе, команда продолжает работать над преобразованием этого теоретического эксперимента в работающее устройство лабораторного масштаба, чтобы подтвердить свои прогнозы.

«Мы не знаем, сколько времени займет финальная демонстрация», — говорит Ли.

Их план состоит в том, чтобы сначала провести базовое лабораторное испытание, а затем поработать над способами оптимизации системы, чтобы заставить ее работать с настоящими приложениями для диагностики вирусов.

Каппелларо говорит, что даже если возникнут сложности при переводе теоретического анализа в работающее устройство, существует такой большой запас гарантии от ложноотрицательных результатов, предсказываемых этой работой, что разрабатываемое устройство, вероятно, все равно будет иметь сильное преимущество перед стандартными тестами ПЦР. И даже если бы точность была такой же, у этого метода все равно было бы большое преимущество, так как он дает результаты за считанные минуты, а не за несколько часов.

По ее словам, основной метод можно адаптировать к любому вирусу, включая любые новые штаммы, которые могут возникнуть, просто путем адаптации соединений, прикрепленных к сенсорам с наноалмазами, к основному материалу конкретного вируса-мишени.