محققان این پروژه سنسور جدیدی ساخته اند که نیازی به آماده سازی نمونه ندارد و کمترین تجربه را می طلبد. با چنین قابلیت هایی، این سنسور دارای مزایای قابل توجهی نسبت به روش های تست فعلی، به ویژه تست در مقیاس بزرگ است.
ایشان بارمن، استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه جان هاپکینز و یکی از محققان این پروژه می گوید: «این فقط ریختن یک قطره بزاق روی دستگاه و گرفتن نتیجه منفی یا مثبت است. نکته اصلی این است که این روش نیازی به تغییرات شیمیایی مانند برچسب گذاری مولکولی یا عامل دار کردن آنتی بادی ندارد. این بدان معنی است که این سنسور در نهایت می تواند در دستگاه های پوشیدنی استفاده شود.
وی افزود: این فناوری جدید می‌تواند بر محدودیت‌های آزمایش‌های فعلی کووید-۱۹ غلبه کند، اما هنوز در بازار موجود نیست.
آزمایش “واکنش زنجیره ای پلیمراز” (PCR) بسیار دقیق است، اما به فرآیند آماده سازی نمونه پیچیده ای نیاز دارد و چندین ساعت تا چند روز طول می کشد تا در آزمایشگاه آماده شود. به عبارت دیگر، آزمایشات سریع برای وجود آنتی ژن موفقیت کمتری را در تشخیص زودهنگام عفونت های اولیه و بدون علامت نشان می دهد و ممکن است با نتایج اشتباه همراه باشد.
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 قابل توجهی در شناسایی سریع سایر ویروس ها از جمله “ویروس H1N1 آنفولانزای نوع A” و “زیکا” نشان داد.
این حسگر بر اساس لیتوگرافی Nanoimprint، رامان پیشرفته سطح واسطه (SERS) و فناوری‌های یادگیری ماشین است. از این سنسور می توان برای تست انبوه به صورت تراشه های یکبار مصرف بر روی سطوح سخت یا انعطاف پذیر استفاده کرد.
کلید موفقیت این روش، فناوری FEMIA است که در آزمایشگاه دیوید گراسیاس، استاد شیمی و مهندسی زیست مولکولی در دانشگاه جان هاپکینز توسعه یافته است. با استفاده از این روش، نمونه ای از بزاق بر روی ماده قرار می گیرد و با استفاده از روش تصویربرداری رابط پیشرفته رامان که از نور لیزر برای بررسی ارتعاش مولکول های نمونه استفاده می کند، آنالیز می شود.
از آنجایی که فناوری نانوساختار FEMIA سیگنال رامان ویروس را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد، سیستم می تواند به سرعت حضور 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 و چگالی ویروس را به دقت تعیین کنند.
دبادریتا پریا، محقق ارشد این پروژه گفت: «تشخیص نوری بدون برچسب همراه با یادگیری ماشینی به ما امکان می‌دهد یک پلتفرم واحد ایجاد کنیم 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 منسوجات.
Gracias گفت: «با استفاده از این فناوری نانو، ما سنسورهای Quaid-19 بسیار دقیق، قابل تنظیم و مقیاس‌پذیر را توسعه داده‌ایم که هم سفت و هم انعطاف‌پذیر هستند، نه تنها برای استفاده در حسگرهای زیستی تراشه، بلکه برای دستگاه‌های پوشیدنی.» مهم.
وی افزود: شاید بتوان از این سنسور در یک دستگاه دستی برای تشخیص سریع مکان های شلوغ مانند فرودگاه ها یا استادیوم ها استفاده کرد.
بارتندر گفت: پلت فرم ما فراتر از همه گیری کووید-19 فعلی است. ما می توانیم از آن برای شناسایی ویروس های مختلف استفاده کنیم. برای مثال، می‌توانیم از آن برای تشخیص ویروس کرونا از ویروس آنفولانزای نوع A H1N1 استفاده کنیم. این یک مشکل بزرگ است که با بررسی های سریع فعلی قابل تشخیص نیست.
تیمی از محققان در حال ادامه تحقیقات برای گسترش کاربرد این فناوری با استفاده از نمونه های مختلف هستند.
این مطالعه در مجله Nano Letters منتشر شد.
46