Onderzoekers van de University of Illinois Chicago hebben met succes grafeen gebruikt, een van de sterkste, dunste bekende materialen - om het SARS-CoV-2-virus te detecteren in laboratoriumexperimenten. De onderzoekers zeggen dat de ontdekking een doorbraak kan zijn in de detectie van coronavirus, met mogelijke toepassingen in de strijd tegen COVID-19 en zijn varianten.

Bij experimenten, onderzoekers combineerden vellen grafeen, die meer dan 1 zijn 000 keer dunner dan een postzegel, met een antilichaam dat is ontworpen om het beruchte spike-eiwit op het coronavirus te richten. Vervolgens maten ze de trillingen op atomair niveau van deze grafeenvellen bij blootstelling aan COVID-positieve en COVID-negatieve monsters in kunstmatig speeksel. Deze vellen zijn ook getest in aanwezigheid van andere coronavirussen, zoals het ademhalingssyndroom in het Midden-Oosten, of MERS-CoV.

De UIC-onderzoekers ontdekten dat de trillingen van het antilichaam-gekoppelde grafeenvel veranderden wanneer ze werden behandeld met een COVID-positief monster, maar niet bij behandeling met een COVID-negatief monster of met andere coronavirussen. Vibrationele veranderingen, gemeten met een apparaat genaamd een Raman-spectrometer, waren duidelijk in minder dan vijf minuten.

Hun bevindingen worden vandaag gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .

"We ontwikkelen al jaren grafeensensoren. In het verleden we hebben detectoren gebouwd voor kankercellen en ALS. Het is moeilijk om een ​​dringender toepassing voor te stellen dan om de verspreiding van de huidige pandemie tegen te gaan, " zei Vikas Berry, professor en hoofd van chemische technologie aan het UIC College of Engineering en senior auteur van het artikel. "Er is een duidelijke behoefte in de samenleving aan betere manieren om COVID en zijn varianten snel en nauwkeurig te detecteren, en dit onderzoek heeft het potentieel om echt een verschil te maken. De gemodificeerde sensor is zeer gevoelig en selectief voor COVID, en het is snel en goedkoop."

"Dit project was een verbazingwekkend nieuw antwoord op de behoefte aan en de vraag naar detectie van virussen, snel en nauwkeurig, " zei co-auteur Garrett Lindemann, een onderzoeker met Carbon Advanced Materials and Products, of KAMP. "De ontwikkeling van deze technologie als klinisch testapparaat heeft veel voordelen ten opzichte van de momenteel ingezette en gebruikte tests."

Berry zegt dat grafeen unieke eigenschappen heeft die het zeer veelzijdig maken, dit type sensor mogelijk te maken.

Grafeen is een materiaal van één atoom dik dat bestaat uit koolstof. Koolstofatomen zijn gebonden door chemische bindingen waarvan de elasticiteit en beweging resonerende trillingen kunnen veroorzaken, ook wel fononen genoemd, die zeer nauwkeurig kan worden gemeten. Wanneer een molecuul zoals een SARS-CoV-2-molecuul interageert met grafeen, het verandert deze resonerende trillingen op een zeer specifieke en meetbare manier.

"Grafeen is slechts één atoom dik, dus een molecuul op zijn oppervlak is relatief enorm en kan een specifieke verandering in zijn elektronische energie veroorzaken, "Zei Berry. "In dit experiment, we hebben grafeen gemodificeerd met een antilichaam en, in essentie, gekalibreerd om alleen te reageren met het SARS-CoV-2 spike-eiwit. Met behulp van deze methode, grafeen kan op dezelfde manier worden gebruikt om COVID-19-varianten te detecteren."

De onderzoekers zeggen dat de potentiële toepassingen voor een grafeensensor op atomair niveau - van het detecteren van COVID tot ALS tot kanker - blijven toenemen.