Sensor rápido basado en papel detecta COVID-19 en menos de 5 minutos

Mientras la pandemia de COVID-19 sigue extendiéndose, las pruebas siguen siendo una estrategia clave para rastrear y contener el virus. Investigadores han desarrollado una prueba rápida y ultrasensible usando un sensor electroquímico basado en papel que detecta la presencia del virus en menos de cinco minutos.

Limitaciones de pruebas actuales

Hay dos categorías principales de pruebas de COVID-19 en el mercado. La primera usa transcripción reversa PCR en tiempo real (RT-PCR) e hibridación de ácidos nucleicos para identificar ARN viral. Inconvenientes: tiempo para completar la prueba, necesidad de personal especializado, y disponibilidad de equipos y reactivos. La segunda categoría se centra en detección de anticuerpos; sin embargo, puede haber un retraso de días a semanas tras la exposición para producir anticuerpos detectables.

Biosensores basados en grafeno

En años recientes, investigadores han tenido éxito creando biosensores de punto de cuidado usando nanomateriales 2D como grafeno para detectar enfermedades. Las ventajas principales son su sensibilidad, bajo costo de producción y detección rápida. El grafeno exhibe propiedades mecánicas y electroquímicas únicas ideales para sensores electroquímicos sensibles. El equipo creó un biosensor electroquímico basado en grafeno con configuración de lectura eléctrica para detectar selectivamente material genético del SARS-CoV-2.

Componentes del biosensor

Hay dos componentes: una plataforma para medir lectura eléctrica y sondas para detectar ARN viral. Para crear la plataforma, recubrieron papel de filtro con una capa de nanoescamas de grafeno para crear una película conductora. Luego, colocaron un electrodo de oro con diseño predefinido sobre el grafeno como almohadilla de contacto para lectura eléctrica. Tanto el oro como el grafeno tienen alta sensibilidad y conductividad, haciendo esta plataforma ultrasensible a cambios en señales eléctricas.

Las pruebas de ARN actuales buscan el gen N (fosfoproteína nucleocápside) en el virus SARS-CoV-2. En esta investigación, el equipo diseñó sondas de oligonucleótidos antisenso (ASOs) para atacar dos regiones del gen N. Atacar dos regiones asegura fiabilidad por si una región sufre mutación. Nanopartículas de oro (AuNP) se cubren con estos ácidos nucleicos de cadena simple (ssDNA), representando una sonda de detección ultrasensible para ARN del SARS-CoV-2.

Resultados y aplicaciones

Los investigadores mostraron previamente la sensibilidad de las sondas desarrolladas. La hibridación del ARN viral con estas sondas causa un cambio en la respuesta eléctrica del sensor. Las cápsulas AuNP aceleran la transferencia de electrones y, al difundirse sobre la plataforma sensora, resultan en aumento de la señal de salida indicando presencia del virus.

El equipo probó el sensor con muestras positivas y negativas de COVID-19. El sensor mostró aumento significativo de voltaje en muestras positivas vs negativas y confirmó presencia de material genético viral en menos de cinco minutos. Además, el sensor pudo diferenciar cargas virales en estas muestras. La carga viral es un indicador cuantitativo importante de la progresión de la infección y un reto para métodos diagnósticos existentes.

Esta plataforma tiene aplicaciones de amplio alcance por su portabilidad y bajo costo. El sensor, integrado con microcontroladores y pantallas LED o con smartphone vía Bluetooth/WiFi, podría usarse en punto de cuidado en consultas médicas o incluso en casa. Más allá del COVID-19, el equipo prevé que el sistema sea adaptable para detectar muchas otras enfermedades.