Sensor berbasis fisika kuantum dapat mendeteksi SARS-CoV-2

Ilmuwan MIT telah mengembangkan metode baru untuk mendeteksi keberadaan virus SARS-CoV-2. Berdasarkan efek kuantitatif, pendekatan ini lebih cepat, lebih murah, dan berpotensi kurang rentan terhadap hasil yang salah.

Metode pengujian saat ini membutuhkan waktu beberapa jam untuk diproses. Tak satu pun dari kedua tes ini dapat menentukan jumlah virus yang ada dengan akurasi tinggi.

Sebaliknya, tes baru dapat memiliki tingkat negatif palsu kurang dari 1 persen. Tes ini juga cukup sensitif untuk mendeteksi beberapa ratus untai RNA virus hanya dalam satu detik.

Para ilmuwan telah merancang pendekatan baru dengan menggunakan cacat skala atom dalam porsi kecil berlian, yang dikenal sebagai pusat kosong nitrogen (NV). Cacat kecil ini rentan terhadap gangguan mikro karena efek kuantum dalam kisi kristal berlian. Mereka dieksplorasi untuk berbagai sensor yang membutuhkan sensitivitas tinggi.

Metode baru akan melibatkan pelapisan nanotube berlian yang mengandung pusat NV ini dengan bahan yang digabungkan secara magnetis dan diproses untuk mengikat hanya pada urutan RNA spesifik virus. Ketika virus RNA hadir dan terkait dengan zat ini, itu mengganggu kontak magnetik. Ini menyebabkan perubahan fluoresensi berlian yang dapat dengan mudah dideteksi dengan sensor optik berbasis laser.

Dengan hanya menggunakan bahan berbiaya rendah, sensor dapat menganalisis seluruh rangkaian sampel secara bersamaan. Pelapis berbasis gadolinium dengan molekul organik terkontrol dapat diproduksi dari RNA menggunakan proses dan bahan kimia umum.

Para ilmuwan menggunakan simulasi matematis dan mendemonstrasikan bahwa sistem tersebut dapat bekerja secara prinsip.

Changhao Lee, itu dengan Mahasiswa PhD Paula Capellaro, Profesor Ilmu Nuklir, Teknik dan Fisika, mengatakan, “Kami tidak tahu berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk melakukan demonstrasi terakhir. Rencana mereka adalah pertama-tama melakukan uji laboratorium pembuktian prinsip dasar, dan kemudian mencari cara untuk meningkatkan sistem agar berfungsi pada diagnostik virus nyata. aplikasi.”

Paula Capellaro, Profesor Ilmu Nuklir, Teknik dan Fisika, mengatakan, “Bahkan jika komplikasi muncul dalam menerjemahkan analisis teoretis ke dalam perangkat yang berfungsi, ada margin besar negatif palsu rendah yang diharapkan dari pekerjaan ini yang kemungkinan besar masih akan memiliki keunggulan kuat dibandingkan tes PCR standar dalam hal ini. Bahkan jika akurasinya adalah yang terbaik.” sama, metode ini Anda masih memiliki keuntungan besar dalam menghasilkan hasil mereka dalam hitungan menit, daripada membutuhkan beberapa jam.”

“Metode dasar dapat disesuaikan dengan virus apapun, termasuk virus baru yang mungkin muncul, hanya dengan mengadaptasi senyawa yang melekat pada sensor nanodiamond agar sesuai dengan materi genetik dari virus target tertentu.”

David Glenn, Ilmuwan Riset Senior di Quantum Diamond Technologies Inc. , yang tidak terkait dengan pekerjaan ini, Dia berkataDan “Pendekatan yang diusulkan menarik karena keumuman dan kesederhanaan teknologinya. Secara khusus, teknik deteksi fotonik sensitif yang dijelaskan di sini membutuhkan instrumentasi minimal dibandingkan dengan metode lain yang menggunakan pusat kekosongan nitrogen.”

Referensi jurnal:

1. Changhao Li dkk. Sensor kuantum SARS-CoV-2 berdasarkan pusat kekosongan nitrogen dalam berlian. DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c02868