Професор електротехніки штату Пенсільванія Аїда Ебрахімі отримала винагороду NIH Trailblazer Award за розробку пристрою для щоденних випробувань.

Поточні тести на COVID-19 вимагають лабораторної обробки, в результаті чого потенційно хворі люди відправляються в лабораторію або чекають кілька днів для постановки діагнозу. Тепер, отримавши трирічну нагороду Національних інститутів охорони здоров'я США, Національного інституту біомедичної візуалізації та біоінженерії для початківців на суму 590 800 доларів США, дослідники штату Пенсільванія планують розробити доступну і точну домашню діагностику COVID-19 на основі слини, який не поступається за простотою і зручністю тестів на вагітність, але з більш високою чутливістю.

Дослідники на чолі з Аїдою Ебрахімі, доцентом кафедри електротехніки та біомедичної інженерії, планують спроектувати і розробити пристрій, який може надати результати випробувань протягом 30 хвилин з точністю понад 90%. За словами Ебрахімі, пристрій потенційно може бути досить чутливим, щоб виявити вірус до того, як у людини почнуть проявлятися симптоми, або у безсимптомних людей.

Для цього лабораторія біоаналіза і біосенсорів Ebrahimi спочатку буде використовувати неактивні вірусні частинки SARS-CoV-2 для вивчення їх унікальних електричних властивостей. Всі матеріали реагують на електричне поле по-різному, в залежності від властивостей матеріалів. Дослідники планують визначити ці докладні параметри для неактивних вірусних частинок, щоб розробити запропонований електрохімічний пристрій.

«Операючись на електричні властивості вірусу, ми пропонуємо підхід подвійний ампліфікації для досягнення чутливості, необхідної для виявлення невеликої кількості вірусних часток в зразках слини», - сказав Ебрахімі. «Ми також пропонуємо новий метод розробки датчика, який дасть нам таку чутливість без використання дорогих інструментів для нановиробництва».

Чутливий пристрій буде використовувати два одночасних методу посилення сигналу для виявлення вірусних часток, що, як пояснив Ебрахімі, підвищить чутливість пристрою в порівнянні зі звичайними методами. Перший буде подавати невелика напруга через набір електродів для захоплення частинок, а потім другий, щоб викликати електрохімічний процес, званий окислювально-відновним циклом, який може посилити сигнали, вироблені захопленими частинками, до виявленого рівня.

«Подвійне посилення є ключовим моментом - ми хочемо мати достатню чутливість для підрахунку невеликої кількості вірусу ще до того, як у людини з'являться симптоми», - сказала вона. «У кінцевому підсумку мета полягає в тому, щоб люди могли перевірити свою слину вдома, перш ніж вступати в контакт з іншими людьми».

Потім дослідники будуть використовувати фотолітографію - рентабельний процес, при якому світло витруює крихітні візерунки на світлочутливої поверхні. Шаблони призначені для захоплення і сортування цільових вірусних частинок з зразка слини і напрямки їх до області датчика.

Ебрахімі і її команда будуть використовувати комп'ютерне моделювання для розробки дизайну пристрою і розробки прототипу, який вони будуть тестувати і перевіряти за допомогою неактивних вірусних часток. На заключному етапі проекту дослідники будуть співпрацювати з Суреш кучипуді, клінічним професором і главою відділу мікробіології Департаменту ветеринарних і біомедичних наук, щоб безпечно протестувати діагностичне пристрій з непошкодженими зразками вірусу в лабораторії кучипуді.

 

«Запропонована концепція пристрою не обмежується SARS-CoV-2», - сказав Ебрахімі, відзначивши високий ризик і високий потенціал винагороди проекту. «Якщо доказ принципу дії цього діагностичного пристрою та валідація будуть успішними, його можна буде застосувати для швидкої кількісної оцінки біомаркерів інших захворювань, навіть крім інфекційних, таких як хвороба Альцгеймера. Цей проект - лише перший крок до великих цілей ».