Sensor basado en papel detecta COVID-19 en minutos

A medida que la pandemia de COVID-19 continúa propagándose por todo el mundo, las pruebas siguen siendo una estrategia clave para rastrear y contener el virus. Los investigadores han desarrollado una prueba rápida y ultrasensible utilizando un sensor electroquímico basado en papel que puede detectar la presencia del virus en menos de cinco minutos.

Hay dos categorías amplias de pruebas de COVID-19 en el mercado. El primero utiliza la reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real (RT-PCR) con transcriptasa inversa y estrategias de hibridación de ácidos nucleicos para identificar el ARN viral. Algunos inconvenientes incluyen la cantidad de tiempo que lleva completar la prueba, la necesidad de personal especializado y la disponibilidad de equipos y reactivos. La segunda categoría se enfoca en la detección de anticuerpos; sin embargo, podría haber una demora de unos días a algunas semanas después de que una persona haya estado expuesta al virus para que produzca anticuerpos detectables.

En los últimos años, los investigadores han tenido cierto éxito con la creación de biosensores en el punto de atención utilizando nanomateriales 2D como el grafeno para detectar enfermedades. Las principales ventajas de estos biosensores son su sensibilidad, bajo costo de producción y rápido tiempo de detección. El grafeno exhibe propiedades mecánicas y electroquímicas únicas que lo hacen ideal para el desarrollo de sensores electroquímicos sensibles. El equipo creó un biosensor electroquímico basado en grafeno con una configuración de lectura eléctrica para detectar selectivamente la presencia de material genético del SARS-CoV-2.

El biosensor tiene dos componentes:una plataforma para medir una lectura eléctrica y sondas para detectar la presencia de ARN viral. Para crear la plataforma, los investigadores primero cubrieron el papel de filtro con una capa de nanoplaquetas de grafeno para crear una película conductora. Luego, colocaron un electrodo de oro con un diseño predefinido encima del grafeno como almohadilla de contacto para la lectura eléctrica. Tanto el oro como el grafeno tienen alta sensibilidad y conductividad, lo que hace que esta plataforma sea ultrasensible para detectar cambios en las señales eléctricas.

Las pruebas actuales de COVID-19 basadas en ARN detectan la presencia del gen N (fosfoproteína de la nucleocápside) en el virus SARS-CoV-2. En esta investigación, el equipo diseñó sondas de oligonucleótidos antisentido (ASO) para apuntar a dos regiones del gen N. Dirigirse a dos regiones garantiza la fiabilidad del sensor en caso de que una región sufra una mutación genética. Las nanopartículas de oro (AuNP) están cubiertas con estos ácidos nucleicos monocatenarios (ssDNA), que representan una sonda de detección ultrasensible para el ARN del SARS-CoV-2.

Los investigadores mostraron previamente la sensibilidad de las sondas de detección desarrolladas en un trabajo anterior. La hibridación del ARN viral con estas sondas provoca un cambio en la respuesta eléctrica del sensor. Las tapas de AuNP aceleran la transferencia de electrones y, cuando se transmiten a través de la plataforma de detección, dan como resultado un aumento en la señal de salida e indican la presencia del virus.

El equipo probó el rendimiento del sensor utilizando muestras positivas y negativas de COVID-19. El sensor mostró un aumento significativo en el voltaje de las muestras positivas en comparación con las negativas y confirmó la presencia de material genético viral en menos de cinco minutos. Además, el sensor pudo diferenciar las cargas de ARN viral en estas muestras. La carga viral es un indicador cuantitativo importante del progreso de la infección y un desafío para medir utilizando los métodos de diagnóstico existentes.

Esta plataforma tiene aplicaciones de largo alcance debido a su portabilidad y bajo costo. El sensor, cuando se integra con microcontroladores y pantallas LED o con un teléfono inteligente a través de Bluetooth o WiFi, podría usarse en el punto de atención en el consultorio de un médico o incluso en el hogar. Más allá de COVID-19, el equipo también prevé que el sistema sea adaptable para la detección de muchas enfermedades diferentes.