Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ιλινόι στο Σικάγο χρησιμοποίησαν με επιτυχία γραφένιο –ένα από τα πιο ισχυρά και λεπτά υλικά στον κόσμο– για την ανίχνευση του SARS-CoV-2 στο εργαστήριο. Όπως αναφέρουν, η ανακάλυψη αυτή μπορεί να αλλάξει το τοπίο στην ανίχνευση του νέου κορωνοϊού και των συνεχώς αναδυόμενων παραλλαγμένων στελεχών του.
Τα πειράματα
Στο πλαίσιο των πειραμάτων τους οι επιστήμονες συνδύασαν φύλλα γραφενίου, το καθένα εκ των οποίων είναι πάνω από 1.000 φορές λεπτότερο από ένα γραμματόσημο, με ένα αντίσωμα σχεδιασμένο να στοχεύει την πρωτεΐνη-ακίδα του νέου κορωνοϊού. Στη συνέχεια μέτρησαν τις δονήσεις σε επίπεδο ατόμου των φύλλων του γραφενίου όταν εκείνα εξετίθεντο σε θετικά και αρνητικά στον νέο κορωνοϊό δείγματα σε τεχνητό σάλιο. Μάλιστα οι ερευνητές δοκίμασαν τα φύλλα γραφενίου και σε άλλους κορωνοϊούς, όπως αυτός του προκαλεί το σύνδρομο ΜΕRS (ιός MERS-CoV).
Αποτέλεσμα σε λιγότερο από πέντε λεπτά
Οπως είδαν, οι δονήσεις των φύλλων γραφενίου που έφεραν το αντίσωμα άλλαζαν όταν αυτά εξετίθεντο σε ένα θετικό στον νέο κορωνοϊό δείγμα, δεν άλλαζαν όμως όταν η έκθεση αφορούσε ένα αρνητικό στον SARS-CoV-2 δείγμα ή άλλους κορωνοϊόύς. Οι αλλαγές στις δονήσεις οι οποίες μετρήθηκαν από τους ερευνητές με μια συσκευή που ονομάζεται φασματόμετρο Raman μπορούσαν να μετρηθούν μέσα σε λιγότερο από πέντε λεπτά, με βάση δημοσιεύση στην επιθεώρηση «ACS Nano».
την εικόνα παρουσιάζεται η μέθοδος ανίχνευσης του νέου κορωνοϊού που βασίζεται στο γραφένιο και αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόι στο Σικάγο. Το λευκό παραλληλόγραμμο αναπαριστά τον αισθητήρια από γραφένιο που φέρει το αντίσωμα ενάντια στην πρωτεΐνη-ακίδα του SARS-CoV-2 (το αντίσωμα απεικονίζεται με κίτρινο χρώμα). Οταν ο αισθητήρας αλληλεπιδρά με την πρωτεΐνη-ακίδα του ιού σε ένα θετικό δείγμα, η συχνότητα της δόνησης του γραφενίου αλλάζει παρέχοντας μέσα σε λίγα λεπτά ένα μετρήσιμο αποτέλεσμα (Vikas Berry)
Αισθητήρας ακριβής, γρήγορος και φθηνός
«Αναπτύσσουμε αισθητήρες από γραφένιο εδώ και πολλά χρόνια. Στο παρελθόν έχουμε δημιουργήσει τέτοιους αισθητήρες για καρκινικά κύτταρα αλλά και για την πλάγια μυοατροφική σκλήρυνση. Είναι δύσκολο να φανταστούμε μια πιο επείγουσα εφαρμογή του γραφενίου από το να συμβάλει στο να ελεγχθεί η εξάπλωση της τρέχουσας πανδημίας» ανέφερε ο Βίκας Μπέρι, καθηγητής και επικεφαλής του Τμήματος Χημικών Μηχανικών στο Κολέγιο Μηχανικής του Πανεπιστημίου του Ιλινόι στο Σικάγο και κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης. Ο δρ Μπέρι προσέθεσε ότι «υπάρχει σαφής ανάγκη στην κοινωνία για καλύτερες μεθόδους ταχείας και ακριβούς ανίχνευσης του νέου κορωνοϊού και των παραλλαγμένων στελεχών του και αυτή η μελέτη έχει τη δυναμική να κάνει τη μεγάλη διαφορά. Ο τροποποιημένος αισθητήρας μας έχει μεγάλη ευαισθησία σε ό,τι αφορά την ανίχνευση του SARS–CoV-2, είναι γρήγορος και φθηνός». Σύμφωνα με τον καθηγητή, το γραφένιο, το οποίο αποκαλείται «μαγικό» υλικό, διαθέτει μοναδικές ιδιότητες που του χαρίζουν μεγάλη «ευελιξία».
Το «μαγικό» γραφένιο
Το γραφένιο είναι ένα υλικό που αποτελείται από άνθρακα με πάχος ενός ατόμου. Τα άτομα του άνθρακα συνδέονται με χημικούς δεσμούς των οποίων η ελαστικότητα και η κίνηση παράγουν ταλαντώσεις γνωστές ως φωνόνια, που μπορούν να μετρηθούν με μεγάλη ακρίβεια. Οταν ένα μόριο όπως ο ιός SARS-CoV-2 αλληλεπιδρά με το γραφένιο, αλλάζει τις δονήσεις του υλικού με έναν πολύ συγκεκριμένο και μετρήσιμο τρόπο.
Και για ανίχνευση των μεταλλαγμένων στελεχών
«Το γραφένιο έχει πάχος μόλις ενός ατόμου, έτσι όταν βρεθεί ένα πολύ μεγαλύτερο μόριο επάνω στην επιφάνειά του μπορεί να παραγάγει συγκεκριμένες αλλαγές στην ηλεκτρονική του ενέργεια» εξήγησε ο δρ Μπέρι και συμπλήρωσε: «Σε αυτό το πείραμα τροποποιήσαμε το γραφένιο με ένα αντίσωμα και ουσιαστικά το ‘ρυθμίσαμε’ ώστε να αντιδρά μόνο στην πρωτεΐνη-ακίδα του SARS–CoV-2. Με χρήση αυτής της μεθόδου, το γραφένιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση των μεταλλαγμένων στελεχών του νέου κορωνοϊού». Σημειώνεται ότι οι ερευνητές έχουν ήδη υποβάλει αίτηση για να κατοχυρώσουν με πατέντα τη μέθοδό τους.