Virale luchtwegaandoeningen zijn gemakkelijk overdraagbaar en kunnen zich snel over de hele wereld verspreiden, aanzienlijke schade veroorzaken. De aanhoudende COVID-19-pandemie is hier een bewijs van. Ook in het verleden andere virussen hebben massale uitbraken van luchtwegaandoeningen veroorzaakt:een subtype van het griepvirus, het type A H1N1-virus, was verantwoordelijk voor de Spaanse griep en de uitbraken van de Mexicaanse griep. Dus, om dergelijke gezondheidscrises in de toekomst te voorkomen, een tijdige en nauwkeurige diagnose van deze virussen is cruciaal. Dit is precies waar onderzoekers uit Korea naartoe hebben geprobeerd te werken, in hun gloednieuwe studie.

Sinds enkele decennia is Op polymerasekettingreactie (PCR) gebaseerde testen zijn de gouden standaard geweest voor het detecteren van influenzavirussen. En hoewel deze testen zeer gevoelig zijn, ze kunnen dure reagentia en ingewikkelde protocollen vereisen. Een potentieel beter alternatief kan "surface-enhanced Raman scattering" (SERS) zijn. Op SERS gebaseerde testen werken door een vloeibaar monster af te zetten op een substraatmateriaal met een nanogestructureerd edelmetaaloppervlak. Virale deeltjes uit de monsters worden gedetecteerd wanneer ze hybridiseren met substraatgebonden "aptameren, " moleculen die kunnen binden aan specifieke doelmoleculen. Deze binding wordt visueel gedetecteerd als een verandering in "signaalintensiteit, " die afneemt naarmate de virale belasting toeneemt als gevolg van conformationele veranderingen op het substraat. Echter, een groot nadeel van deze testen is de slechte reproduceerbaarheid van signalen van heterogene hot junctions (elektronendichte gebieden die bijdragen aan signalen).

In een poging om deze uitdaging te overwinnen, de bovengenoemde onderzoekers van de Chung-Ang University en het Korea Institute of Materials Science, onder leiding van professor Jaebum Choo, ontwierp een nieuw 3-D "nano-popcorn" plasmonisch substraat. Sprekend over het belang van hun studie gepubliceerd in Biosensoren en bio-elektronica , Prof Choo zegt, "Besmettelijke ziekte, veroorzaakt door respiratoire griep, SARS, MERS, en SARS-2-virussen, kunnen zich periodiek verspreiden en vormen een bedreiging voor de mondiale gezondheid. Onze op SERS gebaseerde aptasensor-aanpak biedt in de toekomst een nieuw diagnostisch platform voor luchtweginfecties."

In hun ontwerp, de wetenschappers bedekten twee lagen gouddeeltjes op een polymeersubstraat met achtereenvolgens thermische verdamping. De twee lagen werden gescheiden door behandeling met een verbinding genaamd "perfluordecaanthiol:(PFDT). Het energieverschil tussen PFDT en de goudlaag zorgde ervoor dat de goudionen naar het oppervlak diffundeerden, vormen nanodeeltjes die verschijnen als "popcorns" met gelijkmatige tussenruimten. Deze opstelling versterkte collectief de signaalintensiteit die werd geproduceerd, door meerdere "hotspots" op het substraat te genereren.

De wetenschappers beoordeelden vervolgens de prestaties van de test met verschillende concentraties van het H1N1-virus. Ze hebben met succes verschillende virale ladingen gedetecteerd in slechts 20 minuten en vanaf een minuutvolume van 3 μL (3 microliter:een 1000 ^e deel van 3 ml). Bovendien, het systeem kon ook verschillende stammen van influenzavirussen nauwkeurig classificeren en detecteerde H1N1-virussen met een gevoeligheid die driemaal hoger was dan die van de routinematig gebruikte ELISA-tests. Niet alleen dit, de test bleek zeer reproduceerbaar te zijn. Blij met de resultaten, Prof. Choo stelt, "Ons testsysteem maakte de ultragevoelige en betrouwbare analyse van het influenzavirus mogelijk. Een dergelijke methode zou een vroege diagnose mogelijk maken, de start van een antivirale behandeling te vergemakkelijken, en zorgen voor infectiebewaking, vooral voor mensen met een hoog risico op virusgerelateerde complicaties."

In feite, het team is ervan overtuigd dat hun bevindingen kunnen, ooit, worden gebruikt om de huidige pandemie te bestrijden. Prof. Choo zegt, "We ontwikkelen momenteel een op SERS gebaseerde aptasensor voor de snelle diagnose van het coronavirus uit menselijke ademhalingsmonsters. We ontwikkelen ook een nieuwe diagnostische benadering om onderscheid te maken tussen influenza A-virussen en coronavirussen."

Hopelijk, de nieuwe "nano-popcorn" -test kan in de toekomst helpen om veel grote gezondheidscrises te bestrijden.