3D打印测试芯片可在10-12秒内检测COVID-19抗体

3D打印COVID-19检测芯片

由气溶胶喷射纳米颗粒3D打印技术制成的COVID-19检测芯片图像。资料来源:卡内基梅隆大学工程学院先进制造与材料实验室

卡耐基梅隆大学的研究人员报告了基于纳米材料的先进生物传感平台的发现,该平台可以在几秒钟内检测到针对SARS-CoV-2是病毒造成的新型冠状病毒肺炎大流行。除了测试外,该平台还将帮助精确量化患者对新疫苗的免疫反应。

该研究结果最近发表在《科学》杂志上先进材料。卡内基梅隆大学的合作者包括匹兹堡大学(Pitt)和UPMC。

该测试平台在非常小的一滴血(约5微升)中识别出病毒的两种抗体,spike S1蛋白和受体结合域(RBD)。抗体浓度可以极低,但仍能检测到1皮摩尔(0.15毫微克/毫升)以下。这种检测通过手持微流控装置内的电化学反应进行,该装置几乎立即将结果发送到智能手机的一个简单界面上。

“我们利用最新进展在纳米颗粒等材料和制造3 d打印技术来创建一个设备,快速检测COVID-19抗体,“拉胡尔Panat说,卡内基梅隆大学的副教授机械工程使用专用添加剂制造技术脑-机接口的研究从生物监测设备。

一种被称为气溶胶喷射3D打印的增材制造技术提高了效率精度测试平台。廉价的微型金微柱电极是用热烧结的气溶胶液滴在纳米尺度上打印出来的。这就造成了粗糙、不规则的表面,增加了微柱的表面积,增强了电化学反应,抗体可以附着在电极上的抗原上。特定的几何形状允许微柱装载更多的蛋白质用于检测,从而得到非常准确、快速的结果。

该检测具有非常低的误差率,因为在设备中使用的抗体和抗原之间的结合反应是高度选择性的。研究人员能够利用这种自然设计为他们的优势。

这些结果是在COVID-19大流行期间的紧急时刻出炉的。帕纳特说:“因为我们的技术可以量化免疫应答疫苗,它与当前环境非常相关。”

帕纳特与UPMC希尔曼癌症中心癌症病毒学项目负责人、皮特微生物学和分子遗传学教授高守江合作。yabo124帕纳特先进制造和材料实验室的研究员阿扎哈尔·阿里(Azahar Ali)是这项研究的主要作者。

快速诊断、治疗和预防传染病是一个公共卫生问题,它超越了当前COVID-19大流行的范围。由于拟议的传感平台是通用的,它可以用于其他传染病病原体的生物标志物的快速检测,如埃博拉病毒、艾滋病毒和寨卡病毒。这种快速有效的检测方法可能会改变控制疾病传播的规则。

参考:“通过纳米喷雾器检测COVID-19抗体在数秒内减少石墨烯Md. Azahar Ali, Chunshan Hu, Sanjida Jahan, Bin Yuan, Mohammad Sadeq Saleh, Enguo Ju, Shou - Jiang Gao and Rahul Panat,2020年12月22日,先进材料
DOI: 10.1002 / adma.202006647

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