Помогают ли экспресс-тесты на основе оксида графена выявлять инфекции?


Совместно с партнерами по проекту исследователи Fraunhofer IZM разрабатывают удобную сенсорную платформу на основе оксида графена, которая позволит обнаруживать острые инфекции, такие как сепсис, или антитела против коронавируса всего за несколько минут.

Для постановки диагноза достаточно одной капли крови

Не только нынешняя ситуация с пандемией COVID 19 показывает, насколько важно быстро и точно выявлять инфекции, чтобы предотвратить дальнейшие заражения. Диагноз вирусной или бактериальной инфекции часто ставится на основании симптомов. Это может быстро привести к неправильной интерпретации, поскольку некоторые инфекции вызывают схожее течение болезни. Анализ крови дает уверенность, но проводится в лабораториях только по назначению врача общей практики. К моменту получения результатов анализа часто уже назначается антибиотик, в котором, возможно, нет необходимости.

С апреля 2018 года исследователи из Института надежности и микроинтеграции Фраунгофера IZM в Берлине работают над сенсорной платформой на основе оксида графена в рамках проекта Graph-POC, который направлен на решение именно этих задач в диагностике инфекций.

Для проведения точного анализа необходима всего одна капля крови или слюны. Капля помещается на поверхность сенсора, и через несколько минут появляется результат, переданный с помощью электрических сигналов - по словам ученых, в кабинете семейного врача. По мнению исследователей, на смену длительным лабораторным исследованиям крови придет экспресс-тест, который позволит получить точный результат всего за 15 минут. После этого можно было бы назначить соответствующую форму лечения или подходящие антибиотики.

Антитела также в фокусе

Тест также может быть разработан для выявления антител в случае уже произошедшей инфекции. Исследователи Fraunhofer IZM в настоящее время сосредоточены на этом применении для выявления предыдущих инфекций вирусом COVID-19 и, таким образом, например, для определения путей заражения.

Поскольку во время инфекции человеческий организм вырабатывает определенные молекулы или белки, которые могут быть использованы в качестве биомаркеров, для их обнаружения на сенсорную поверхность платформы на основе оксида графена помещаются захваченные молекулы. По его словам, наличие инфекции определяется путем дифференциальных измерений концентрации биомаркеров.

Оксид графена в трехмерной структуре в виде хлопьев

Особенностью сенсорной платформы является используемый материал: оксид графена отличается тем, что является электропроводящим и биосовместимым материалом и обеспечивает особенно надежное обнаружение. В микроэлектронике он до сих пор использовался только в своей первоначальной двухмерной форме.

Однако теперь исследователи Fraunhofer IZM применяют его в трехмерной структуре в виде хлопьев. Эта трехмерная форма увеличивает площадь измерения, а также точность измерений, подчеркивают ученые.

Заявка на корону имеет приоритет

Мануэль Бойшер, ученый из Fraunhofer IZM и руководитель подпроекта Graph-POC, финансируемого Федеральным министерством образования и научных исследований Германии BMBF, видит большие перспективы в сенсорах на основе оксида графена: "Из нынешней медицинской области мы можем также развиваться в так называемом направлении, то есть в сторону экологических технологий и обнаружения влияния окружающей среды. Но сначала, конечно, приоритетным является применение короны".

Трехмерное расположение хлопьев оксида графена и обусловленная этим чувствительность открывают и другие возможности применения. Например, вредные газы, такие как угарный газ или ацетон, могут быть обнаружены даже при комнатной температуре. Для современных датчиков такого типа газы необходимо сначала нагреть, чтобы произошла поверхностная реакция. Однако благодаря сочетанию оксидов металлов с чувствительной поверхностью графенового сенсора реакция происходит даже при более низких температурах.

Выявление антител после коронавирусной инфекции примерно через год?

Для того чтобы расширить производственный процесс для массового производства, исследователи Fraunhofer IZM решают еще одну задачу: покрытие оксидом графена должно происходить на уровне пластин, чтобы можно было обрабатывать сотни чипов одновременно.

Пока экспресс-тесты не готовы к применению, датчики на основе оксида графена должны быть встроены в пластиковый носитель, а надежность системы проверена. В обычном режиме проект рассчитан до весны 2021 года в отношении обнаружения инфекций, но ученые ожидают, что проверка сенсора в отношении коронавируса не сможет состояться еще в течение года.

Партнерами проекта являются Charité, Aptarion Biotech AG, Technische Universität Berlin, MicroDiscovery GmbH и alpha-board GmbH. Проект финансируется Федеральным министерством образования и научных исследований Германии BMBF.