Обнаружение вируса COVID-19 в воздухе с помощью высокотехнологичных "пузырьков"

Ученые продемонстрировали возможность обнаружения SARS-CoV-2 в воздухе с помощью нанотехнологичных мицелл ("пузырьков"), которые высвобождают свое химическое содержимое при встрече с вирусом, подобно разбитой пиньяте.

Такой детектор можно разместить на стене, потолке или в вентиляционном канале, где есть постоянное движение воздуха, для мгновенного оповещения о присутствии даже следовых количеств вируса.

Основой технологии является мицелла — молекулярная структура из масел, жиров и иногда воды с внутренним пространством. Команда ученых Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) создала новый тип мицеллы, на поверхность которой нанесены импринтированные (отпечатанные) частицы для распознавания SARS-CoV-2.

Мицеллы заполнены солью, способной создавать электронный сигнал, но остающейся неактивной внутри. Когда вирусная частица взаимодействует с одним из рецепторов на поверхности, мицелла "лопается", высвобождая соль и мгновенно отправляя электронный сигнал.

Система действует как усилитель сигнала, преобразуя присутствие одной вирусной частицы в 10 миллиардов молекул, создающих вместе детектируемый сигнал. Разработчики утверждают, что детектор имеет преимущества перед современными технологиями: он быстрее, требует гораздо более низкого уровня вирусных частиц и дает меньше ошибок.

Результаты опубликованы 25 октября в MRS Communications.

"Существует потребность в такого рода недорогих системах обнаружения", — сказал ученый PNNL Лэнс Хаббард. Возможное применение: школы, больницы, приемные отделения — везде, где необходимо немедленно знать о присутствии вируса.

Технология является результатом 279 отдельных химических этапов, разработанных ведущим автором Сэмюэлем Моррисоном вместе с Хаббардом.

Чувствительность: одна частица на миллиарды

По оценкам команды, технология может выявить одну вирусную частицу среди миллиардов других. Детектор настолько чувствителен, что команде было сложно определить его нижний предел. В тестах использовались как инактивированные частицы SARS-CoV-2, так и его спайк-белок.

Хотя технология обнаруживает вирус за миллисекунду, устройству требуется дополнительная минута для запуска программного обеспечения контроля качества, чтобы подтвердить сигнал и предотвратить ложные срабатывания.

Мицеллы PNNL являются двухслойными (биламеллярными): одна полимерная мицелла находится внутри другой, и вся структура погружена в воду. Каждая мицелла имеет ширину около 5 микрон. На внешней поверхности находятся несколько импринтированных частиц из диоксида кремния (SiO₂) шириной около 500 нанометров. Каждый "отпечаток" — это возможность для связывания вирусной частицы, что вызывает "взрыв" биламеллярной мицеллы.

"Сочетание мицелл с технологией их импринтирования — это то, что раньше делали немногие", — отметил Хаббард. Импринтирование молекулы создает уязвимость в мицелле, что и требуется в данном случае.

Первоначально работа была направлена на обнаружение взрывчатых веществ для военных. Фокус сместился на SARS-CoV-2 с началом пандемии. Другие возможные применения технологии включают обнаружение фентанила и экологических токсинов.