Ученые разработали зонды с металлоусиленной флуоресценцией для обнаружения вируса гриппа A
Быстрые диагностические тесты, способные обнаруживать и идентифицировать вирусы, необходимы для эффективной изоляции и лечения пациентов. В последние годы популярность как диагностического инструмента набирает флуоресцентный иммунохроматографический анализ (LFI).
Это платформа быстрого обнаружения вирусов, которая использует молекулы, светящиеся в особых условиях освещения при наличии вирусной нагрузки. Однако её производительность ограничена проблемами, связанными с чувствительностью обнаружения.
В новом исследовании команда под руководством профессора Мин-Гона Кима из Института науки и технологий Кванджу продемонстрировала, что эти флуоресцентные LFI, усиленные зондами на основе золотых наностержней (GNR), могут точно и быстро обнаруживать белок вируса гриппа без сложного лабораторного оборудования.
Их работа была опубликована в ACS Nano.
Команда разработала зонды Cy5-mSiO2@GNR с наноструктурами типа "ядро–оболочка" для платформы LFI. Эти зонды состоят из ядра GNR, мезопористой кремнеземной оболочки (mSiO2) и флуоресцентной молекулы цианина 5 (Cy5). Эта новая биосенсорная система обходит общие проблемы флуоресцентного LFI, такие как фотообесцвечивание флуорофоров и низкие квантовые выходы, за счет использования металлоусиленной флуоресценции (MEF).
"Платформа, разработанная нами, использует явление, при котором взаимодействие света с веществом вблизи металлических наночастиц вызывает плазмонный эффект, производя сильную флуоресценцию. Ключевые факторы, определяющие этот эффект, — расстояние и спектральное перекрытие металла и флуорофора в системе MEF", — объясняет профессор Ким.
Команда провела серию теоретических и экспериментальных тестов, чтобы исследовать зависимость флуоресценции от расстояния между GNR и Cy5, регулируя толщину оболочки mSiO2. Они обнаружили, что оптимальная толщина оболочки составляет 10.3 нм, и установили морфологические условия системы MEF для достижения усиленного флуоресцентного эффекта.
Кроме того, они продемонстрировали применимость оптимизированных зондов MEF, внедрив их в платформу LFI для обнаружения вируса гриппа A (IAV). Благодаря улучшенной флуоресценции система MEF-LFI смогла обнаружить IAV даже при очень низких концентрациях 1.85 БОЕ мл-1 в течение 20 минут.
Она также показала высокую специфичность к IAV даже в присутствии других вирусов, таких как MERS-CoV и вирус COVID-19. Более того, эта биосенсорная система смогла идентифицировать IAV в клинических образцах пациентов с замечательной точностью более 99%.
"Результаты этого исследования могут не только преобразовать экспресс-тестирование в здравоохранении, но и расширить область применения до других форм диагностики биомолекул с конечной целью улучшения качества жизни людей", — добавляет профессор Ким.
Новая платформа LFI на основе Cy5-mSiO2@GNR действительно может стать мощным инструментом диагностики у постели больного для раннего обнаружения и скрининга IAV и других вирусов даже в чрезвычайных условиях.