用生物传感器快速、廉价地检测SARS-CoV-2

连接DNA生物传感器的阻抗分析仪可用于检测SARS-CoV-2基因序列。

资料来源:Lorenzo A. Buscaglia/IFSC-USP

该团队的负责人是物理学家Osvaldo Novais de Oliveira Junior，他是São保罗大学São卡洛斯物理研究所(IFSC-USP)的教授。

分析的结果可以在30分钟内准备好实验室-每个基因传感器的规模成本不到1美元。阻抗分析仪的组成部分是该设备的耐用部分，成本不到200美元。这种设备已经在实验室规模上存在，而且这项技术可以转让给任何有资金大规模生产它的公司。

“我们的基因传感器可以固定一个简单的DNA用作捕获探针的带。在适当的条件下，固定化的条带与待分析液体样品中的互补DNA条带结合。这个过程，称为杂交，证明了SARS-CoV-2化验师朱莉安娜·科特里尼·苏亚雷斯说。

该装置由自组装的11-巯基十一酸(11-MUA)单分子层组成，该单分子层通过化学方式连接到含有微米金引线的玻璃电极或含有金的表面纳米粒子．这种环境能够固定作为捕获探针的简单DNA或RNA条带。如果样品中存在互补条，则通过电阻抗或电化学阻抗检测到的物理参数的变化来显示与互补条的杂交光谱学以及局域表面等离子体共振。

“杂交后，传感器表面的电阻增加了，可以通过成本约100美元的低成本阻抗分析仪进行监测，这是由我们实验室的工程师Lorenzo Buscaglia开发的，他是小组的成员。捕获序列和互补的SARS-CoV-2序列之间的杂交的另一个影响是透射光谱中吸收峰的位移，这可以通过使用分光光度计的局域表面等离子体共振来监测。”参与这项研究的IFSC-USP研究员、化学家保罗·奥古斯托·雷蒙多-佩雷拉说。

获得高度的精度

在这项研究中达到的最高灵敏度相当于每微升0.3个拷贝，足以检测唾液或其他体液中的DNA序列。利用机器学习技术对暴露于不同浓度的互补DNA序列的基因传感器获得的扫描电子显微镜图像进行诊断。

雷蒙多-佩雷拉说:“通过将机器学习算法应用到图像处理中，我们能够获得区分不同浓度的互补SARS-CoV-2 DNA序列的高度精度。”

在检测实验中，在SARS-CoV-2等DNA序列阴性的对照样品中验证了基因传感器的敏感性生物标记物与病毒无关通过一种称为交互式文档绘图(IDMAP)的多维投影技术获得的数据分析显示，不同浓度的互补DNA序列与含有非互补序列或与SARS-CoV-2无关的其他DNA生物标记物的样本之间存在明显的分离。

“使用几种检测方法的优点是具有多用途的操作模式，因此可以根据每个国家或像巴西这样幅员辽阔的国家的不同地区的实际情况实施诊断方法。我们的基因传感器也有希望用于检测来自新型SARS-CoV-2变异的遗传物质。要做到这一点，如果已知变异的基因序列，你只需更换作为捕获探针的简单DNA条。