Neuer Sensor erkennt COVID-19-Protein mit Präzision

COVID-19, verursacht durch das SARS-CoV-2-Virus, tauchte erstmals im Dezember 2019 in Wuhan, China, auf. Seitdem hat es sich rasant über den Globus verbreitet und verschiedene Mutationen durchgemacht. Am 12. Mai 2024 hat die Gesamtzahl der gemeldeten Fälle weltweit über 775 Millionen erreicht. COVID-19 hat massive Auswirkungen auf unser tägliches Leben gehabt und beeinflusst alles von der Wirtschaft über die Bildung bis hin zu unserer psychischen Gesundheit.

#Kampf gegen COVID-19

Forscher und Wissenschaftler aus vielen Bereichen arbeiten hart daran, COVID-19 und andere leicht übertragbare Atemwegserkrankungen zu bekämpfen. Eine der wichtigsten Errungenschaften war die Entwicklung von Impfstoffen und Behandlungsmethoden, die dazu beigetragen haben, Krankenhausbesuche zu reduzieren und Leben zu retten. Tests auf das Virus sind entscheidend, um seine Ausbreitung zu kontrollieren. Sie liefern wichtige Informationen darüber, wie weit verbreitet das Virus ist und wie leicht es sich ausbreitet.

#Diagnosetechniken

In den letzten Jahren wurden verschiedene Diagnosetechniken entwickelt, um COVID-19 zu erkennen. Diese Methoden umfassen:

• Molekulare Diagnostik: Diese Tests analysieren das genetische Material des Virus. Sie sind genau, können aber lange dauern und benötigen geschultes Personal.
• Antikörper-/Antigentests: Diese Tests suchen nach spezifischen Proteinen oder Antikörpern, die mit dem Virus verbunden sind. Sie sind schneller und günstiger, aber nicht so präzise wie molekulare Tests.
• Medizinische Bildgebung: Techniken wie CT-Scans und Röntgenaufnahmen können Lungenschäden im Zusammenhang mit COVID-19 zeigen. Sie können jedoch teuer sein und die Patienten Strahlung aussetzen.
• Biosensoren: Das sind neuere Geräte, die spezielle Technologien nutzen, um das Virus schnell zu erkennen, ohne komplizierte Ausrüstung zu benötigen.

#Neue Detektionstechnologie

In diesem Bericht konzentrieren wir uns auf einen neuen Sensortyp, bekannt als mikrogefertigter label-freier Nanowell-Array-Impedanzsensor. Dieser Sensor wurde entwickelt, um SARS-CoV-2-Spike-Proteine in künstlichem Speichel zu erkennen. Er wurde zuvor verwendet, um Stresshormone und andere Proteine im menschlichen Serum zu identifizieren.

#Sensor-Grundlagen

Der Sensor besteht aus kleinen Wells, die aus speziellen Materialien hergestellt sind, die die Anwesenheit von Zielproteinen erkennen können, wenn sie eingeführt werden. Er verwendet Gold-Elektroden, um Änderungen in der elektrischen Impedanz zu messen, die anzeigen, ob die gewünschten Proteine vorhanden sind. Wenn der Sensor aktiv ist, können die Forscher Echtzeitänderungen der Spannung beobachten, während die Proteine an Antikörper im Inneren der Wells binden.

#So funktioniert's

Der Test beginnt mit dem Injizieren von Antikörpern in die Wells. Diese Antikörper sind wie die Türsteher in einem Club – sie lassen nur die richtigen Proteine (die SARS-CoV-2-Spike-Proteine) an sich binden. Nachdem die Antikörper platziert sind, wird die Testprobe hinzugefügt, und alle Bindungsereignisse werden durch Überprüfung der elektrischen Signale überwacht. Wenn die richtigen Proteine vorhanden sind, wird es merkliche Veränderungen in den Spannungswerten geben.

#Prozess der Sensorerstellung

Die Erstellung dieses Sensors ist ein bisschen wie das Bauen eines winzigen, hochmodernen Clubs für Viren. Die Schritte zur Herstellung des Sensors umfassen das Schichten von Materialien auf einer Glasoberfläche, unter Verwendung von Techniken wie Photolithographie (denk an lichtbasierte Skulpturen), um die Well-Muster zu erstellen.

1. Goldschicht: Eine dünne Goldschicht wird aufgetragen, um die Leitfähigkeit zu verbessern.
2. Aluminiumoxid: Diese Schicht dient als Isolator und hält alles ordentlich in den Wells.
3. Erstellung der Wells: Durch eine Reihe von Ätzschritten werden die Wells sorgfältig gestaltet, um sicherzustellen, dass sie die Testproben halten können.

Das Endprodukt ist ein Sensor, der Proteine in Flüssigkeiten einfach erkennen kann, ohne dass eine hochentwickelte Ausstattung nötig ist.

#Vorbereitung der Testlösungen

Für die Tests verwenden die Forscher spezifische Arten von Antikörpern, die auf SARS-CoV-2 gerichtet sind, gemischt in einer Salzlösung, die als PBS bekannt ist. Ausserdem bereiten sie künstlichen Speichel vor, um reale Bedingungen zu simulieren. Die Zielproteine werden dann in verschiedenen Konzentrationen zu diesem Gemisch hinzugefügt, um zu sehen, wie gut der Sensor sie aufnimmt.

#Echtzeitüberwachung

Der Sensor ist so konzipiert, dass er Änderungen in Echtzeit überwacht. Wenn 1X PBS (die Arbeitslösung) zuerst in den Sensor gegeben wird, kommt es zu einem anfänglichen Anstieg der Spannung. Danach werden die Änderungen sorgfältig überwacht, um zu sehen, wie der Sensor auf verschiedene Testlösungen reagiert. Die Forscher verwenden verschiedene Frequenzen, um sicherzustellen, dass sie die besten Ergebnisse ohne Interferenzen durch die Ausrüstung erzielen.

#Ergebnisse aus Tests

Das Hauptziel dieser Tests war es zu bestimmen, wie sensitiv der Sensor bei der Erkennung von SARS-CoV-2-Spike-Proteinen ist. In früheren Experimenten konnte der Sensor diese Proteine bei einem Grenzwert von etwa 200 ng/mL erkennen. Die Forscher waren jedoch darum bemüht, dies zu verbessern.

#Finden eines besseren Puffers

Während der Tests entdeckten die Wissenschaftler, dass verschiedene Konzentrationen von PBS die Ergebnisse erheblich beeinflussten. Nachdem sie verschiedene Verdünnungen getestet hatten, fanden sie heraus, dass eine schwächere Salzlösung (0,18X PBS) besser zu den Grundlagen des Speichels passte und die Erkennungsfähigkeiten verbesserte. Mit dieser neuen Lösung konnten sie den Erkennungsgrenzwert auf 0,2 ng/mL senken, was eine beeindruckende Verbesserung darstellt.

#Spezifitätstest

Um die Effektivität des neuen Sensors zu zeigen, mussten die Forscher beweisen, dass er zwischen SARS-CoV-2 und ähnlichen Viren wie MERS-CoV unterscheiden konnte. Indem sie MERS-CoV-Proteine in den Sensor einbrachten, überprüften sie, ob es irgendwelche Bindungsereignisse mit den SARS-CoV-2-Antikörpern gab. Die Ergebnisse zeigten keine Interaktion, was bestätigte, dass der Sensor den Unterschied zwischen diesen ähnlichen, aber unterschiedlichen Proteinen erkennen konnte.

#Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein neuer und innovativer Sensor zur Erkennung von SARS-CoV-2-Spike-Proteinen entwickelt wurde. Dieser Sensor zeigte klare Vorteile in Bezug auf schnelle Ergebnisse und die Fähigkeit, zwischen ähnlichen Proteinen zu unterscheiden. Der innovative Einsatz eines Biosensors bietet ein vielversprechendes Werkzeug für fortlaufende Überwachung und Tests im Kampf gegen COVID-19.

Die Fortschritte, die mit diesem Sensor erzielt wurden, geben nicht nur Hoffnung auf schnelle Erkennung, sondern unterstreichen auch die Bedeutung der Entwicklung einfacher und effektiver Werkzeuge im Gesundheitswesen. Wer hätte gedacht, dass Wissenschaft sowohl so ernst als auch so cool sein kann? Es ist wie ein James-Bond-Gadget, aber zur Erkennung von Viren! Während die Welt weiterhin mit den Herausforderungen, die COVID-19 mit sich bringt, navigiert, geben uns Innovationen wie diese einen Einblick in eine widerstandsfähigere Zukunft.