COVID-19 pandemijos eroje nešiojamieji testai namuose buvo labai svarbūs norint žinoti, kada dėvėti kaukę ar izoliuotis namuose. Dabar Penn State inžinierių mokslininkai sukūrė nešiojamąjį ir belaidį įrenginį, skirtą vienu metu aptikti SARS-CoV-2, virusą, sukeliantį COVID-19, ir vitaminą C, svarbią maistinę medžiagą, padedančią sustiprinti atsparumą infekcijoms, integruodami komercinius tranzistorius su spausdintu lazeriu. – sukeltas grafenas.
Jų rezultatai buvo paskelbti kaip 2024 m. lapkričio mėn. numerio viršelio straipsnis ACS taikomosios medžiagos ir sąsajos. Pasak mokslininkų, tuo pačiu metu nustatant viruso ir vitamino C kiekį, testas gali padėti asmenims ir jų sveikatos priežiūros paslaugų teikėjams nuspręsti dėl veiksmingesnių gydymo būdų. Pavyzdžiui, žmonėms, kurių vitamino C kiekis yra mažas, gali būti naudingas papildomas stimulas, o tiems, kurių vitamino C kiekis yra normalus arba didelis, gali reikėti apsvarstyti kitas galimybes.
„Yra keletas tyrimų, rodančių, kad vitaminas C gali padėti valdyti virusinių kvėpavimo takų infekcijų, tokių kaip SARS-CoV-2, simptomus“, – sakė atitinkama autorė Aida Ebrahimi, Thomas ir Sheila Roell ankstyvosios karjeros elektrotechnikos mokslų daktarė, biomedicinos inžinerija. medžiagų mokslo ir inžinerijos srityse. „Yra vitamino C testavimo platformų, tačiau jos yra didelės apimties, brangios ir netinka stacionariai, namuose tirti. Mūsų prietaisas yra nešiojamas, lengvai valdomas ir gali vienu metu aptikti vitaminą C ir SARS-CoV-2. su galimybe ateityje pridėti naujų tikslinių molekulių prie tos pačios testavimo platformos.
Tyrėjai nusprendė ištirti vitaminą C ir SARS-CoV-2 ne tik dėl jų klinikinės svarbos pacientams, bet ir norėdami parodyti jų tyrimo metodo universalumą.
„Mes naudojome vitaminą C ir SARS-CoV-2 kaip pavyzdinius taikinius, kad parodytume mūsų metodo pritaikomumą aptikti biologinius žymenis naudojant du įprastus jutiklių tipus, naudojamus biosensorių bendruomenėje: su gaudymo elementu, skirtu tikslinėms molekulėms „fiksuoti“, ir tie, kurių nėra“, – sakė Ebrahimis. „Mes naudojome molekules, kad parodytume mūsų bandymo funkcionalumo pagerėjimą, palyginti su esamais metodais.”
Apdorojus nedidelį seilių mėginį, prietaisas belaidžiu būdu siunčia rezultatus į vartotojo mobilųjį telefoną, paaiškino Ebrahimi. Tada vartotojai gali toliau stebėti savo vitamino C kiekį namuose ir vartoti maisto papildus arba valgyti daug vitaminų turintį maistą, kad galėtų pagerinti savo simptomus.
Norėdami sukurti savo jutimo platformą, mokslininkai ištyrė keletą lazeriu sukelto grafeno, kuris yra neįtikėtinai plona medžiaga, pasižyminti dideliu jautrumu ir kitomis pageidaujamomis savybėmis, parametrus. Jis pagamintas labai tiksliu lazerinio spausdinimo metodu, kad būtų sukurta jutimo medžiaga, kuri turi trijų matmenų porėtą struktūrą. Grupė įvertino jo poringumą, elektrines savybes ir paviršiaus šiurkštumą, kad nustatytų geriausią „praėjimų“ arba sluoksnių skaičių, kuriais būtų galima spausdinti jutiklius.
Praėjimų skaičius turi įtakos jutiklio jautrumui ir aptikimo ribai, kuri reiškia mažiausią medžiagos koncentraciją, kurią galima aptikti per tam tikrą pasikliautinąjį intervalą.
„Mes parodėme, kad naudojant du lazerinio spausdinimo praėjimus, žinomus kaip dviejų praėjimų lazeriu sukeltas grafenas, jutiklio jautrumas ir aptikimo riba žymiai pagerėja tiek vitamino C, tiek SARS-CoV-2 atveju“, – sakė pirmasis autorius Heshmat „Amir“ Asgharian. Elektros inžinerijos doktorantas Peno valstijoje.
Panašiai kaip ir mažos tyrimo juostelės, kurias diabetu sergantys pacientai naudoja gliukozės kiekiui stebėti, vienkartinis jutiklinis prietaisas, pagamintas ant plastikinio pagrindo, yra pigus ir lengvai gaminamas, teigia mokslininkai, o tyrimo modulis yra daugkartinis.
Be Ebrahimi ir Asgharian, tarp bendraautorių yra Vinay Kammarchedu ir Pouya Soltan Khamsi, Penn State elektros inžinerijos doktorantai; ir Caroline Brustoloni, kuri baigė magistro studijas Penn State.