通过连接不同的技术，GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung材料研究部门、阿根廷国家科学技术研究委员会(CONICET)和美国伊利诺伊大学的跨学科科学家团队，已经开发出一种高度敏感的纳米孔传感器，专门检测SARS-CoV-2病毒和人类腺病毒在各种标本，包括唾液、血清或环境样本，如废水。该传感器结合了两个关键组件:一个敏感的纳米通道和连接在通道表面的高度特异性DNA分子。据研究小组称，该方法的精确度相当于聚合酶链反应测试,但更简单，更快，在不到两个小时内提供结果。
单纳米孔膜的制备技术在GSI已经发展了很多年。在线性加速器UNILAC上用单个高能重离子弹丸(如1 GeV金离子)辐照聚合物薄膜。当离子通过薄膜时，它会产生纳米级损伤痕迹，通过化学蚀刻将其转化为开放的纳米通道。沟道的精确直径和形状是通过蚀刻参数来调整的。在这项工作中，制备了不对称的开孔小于50纳米的纳米孔。小尺寸和特定的几何形状确保了通道传输过程的特别高水平的敏感性。
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该传感器的选择性是通过对DNA片段的体外选择过程提供的，所谓的适配体，纳入纳米孔。这些选择性适配体不仅能识别特定的病毒，还能区分病毒的感染状态。这里应用的适配体是由Ana Sol Peinetti在她作为伊利诺伊大学香槟分校博士后研究员的工作期间开发的。她之前在阿根廷理论和应用物理化学研究所(INIFTA, CONICET-UNLP)的Omar Azzaroni团队工作，熟悉GSI纳米孔技术，并成功地将两种技术结合起来。
这种方法可以区分传染性和非传染性病毒根据科学家的说法，这是一项重要的创新。众所周知的PCR检测可以检测病毒的遗传物质，但不能区分样本是否具有传染性，或者一个人是否具有传染性。目前唯一能检测传染性病毒的试验是空斑试验。它们需要特殊的准备和几天的孵育才能提供结果，而新的适配体-纳米孔传感器在30分钟至2小时内产生结果，而且不需要对样品进行预处理。
读出病毒的传染性状态不仅能提供有关患者是否具有传染性的信息，还能提供一种方法来确定某些灭活策略是否真的有效。“我们与Omar Azzaroni和Ana Sol Peinetti(现在是布宜诺斯艾利斯材料、环境和能源化学、物理研究所的组长)一起合作，在一个新项目中，基于这种新的传感器将测试各种病毒灭活协议的效率。”GSI的离子轨道纳米技术小组负责人Maria Eugenia Toimil-Molares说。
纳米传感器技术除了冠状病毒大流行外，还有巨大的潜力。“要检测其他病毒，你必须寻找作为适体的分子库;新病毒的新分子。我们甚至打算获得能够识别SARS-Cov-2不同变体的适配体，”Peinetti解释说。在这篇文章中，作者还演示了传染性人类腺病毒的检测，负责呼吸道水传播疾病的世界各地。
除了病毒检测，GSI纳米孔技术是其他传感器选择的基础。世界各地的许多组织正在开发特定的功能化策略，以赋予纳米孔传感器选择性的功能。离子径迹膜中的纳米孔是非常通用的，因为它们可以被修饰以响应许多不同的外部变化，如温度、pH值、光、电压或特定离子物种、分子或药物的存在。在过去的几年里，与INIFTA的同事合作开发了几个高灵敏度的纳米传感器平台。GSI材料研究部主任Christina Trautmann说:“我们的愿景是将功能化纳米孔膜集成到便携设备中，用于快速、高效的病毒检测和诊断。”
研究结果发表在《科学进展》杂志上。
