Если вы когда-нибудь думали, что было бы здорово зайти в комнату и узнать, бродит ли поблизости вирус, вызывающий COVID-19, у ученых есть для вас устройство. Исследователи создали устройство размером чуть больше тостера, которое может обнаруживать коронавирус SARS-CoV-2, переносимый воздушно-капельным путем, за считанные минуты.
Требуется всего пять минут, чтобы обнаружить от семи до 35 вирусных частиц на литр воздуха, сообщают исследователи 10 июля в Nature Communications. Это примерно так же чувствительно, как ПЦР-анализ мазка из носа, говорит Раджан Чакрабарти, специалист по аэрозолям из Вашингтонского университета в Сент-Луисе. По его словам, его команда работала “без остановки” в течение трех лет, чтобы создать детектор.
Одной из основных проблем при отборе проб на вирусы, переносимые воздушно-капельным путем, является сбор достаточного количества воздуха для концентрации вирусных частиц на поддающихся обнаружению уровнях. Предыдущие попытки приводили к всасыванию от 2 до 8 литров воздуха в минуту. Этот детектор всасывает 1000 литров воздуха каждую минуту.
Чтобы задержать вирус, “мы создаем искусственный циклон внутри пробоотборника”, - говорит Чакрабарти, закручивая жидкость на высокой скорости. Вирусы задерживаются в стенке циклона и концентрируются для анализа. Все вирусы, не попавшие в жидкость, отфильтровываются из воздуха с помощью HEPA-фильтра, прикрепленного к устройству. После пятиминутного сбора жидкость перекачивается в биосенсор.
Биосенсор состоит из электрода, прикрепленного к нанотелу ламы, специализированному белку иммунной системы, вырабатываемому ламами и их родственниками, который борется с инфекциями во многом так же, как это делают антитела, но меньше и, возможно, более прочен, чем человеческие антитела (SN: 9/14/20). Наночастица захватывает любой проходящий мимо коронавирус с помощью своего шиповидного белка. Электричество, проходящее через нанотело и спайковый белок, приводит к окислению аминокислот тирозина в спайковом белке или потере электронов. Другое устройство, подключенное к электроду, обнаруживает это окисление по изменению напряжения, сигнализируя о том, что SARS-CoV-2 находится в воздухе.
Биосенсор основан на детекторе фрагментов бета-амилоидного белка, которые образуют бляшки при болезни Альцгеймера, разработанном коллегами Чакрабарти Карлой Юэде и Джоном Сиррито.
Чтобы протестировать детектор, исследователи отправили устройство в квартиры двух человек, которые были инфицированы COVID-19. “Устройство обнаруживало даже следовые количества вируса, выделяемого пациентами”, - говорит Чакрабарти. В воздухе, собранном из пустого, хорошо проветриваемого конференц-зала, не было обнаружено никаких признаков вируса.
“Они продемонстрировали, что это работает. Он способен обнаруживать вирус на низких уровнях, которые нас бы беспокоили в воздухе”, - говорит Линси Марр, специалист по аэрозолям из Технологического института Вирджинии в Блэксбурге, изучающий распространение вирусов. Она не участвовала в исследовании, но тоже работает над детектором.
Все еще предстоит преодолеть некоторые трудности. Например, устройство производит примерно такой же шум, как пылесос или звонящий телефон. Марр говорит, что это, вероятно, слишком громко для постоянного использования в классе или офисе, но можно потерпеть, если включить на 10 минут.
По словам Чакрабарти, изготовление таких детекторов в исследовательской лаборатории обходится примерно в 1400-1900 долларов. Коммерческие версии изначально могут быть слишком дорогими для домашнего использования, говорит Марр, но их можно использовать в больницах, аэропортах и других общественных местах для обследования на наличие вируса. Марр и Чакрабарти предполагают, что устройства могли бы быть подключены к системам ОВКВ, которые могли бы усилить вентиляцию и фильтрацию в случае обнаружения вируса.
В будущем Чакрабарти надеется добавить нанотела ламы, которые смогут обнаруживать и другие респираторные вирусы, такие как грипп или респираторно-синцитиальный вирус.