Un nuovo approccio per testare la presenza del virus che causa COVID-19 può portare a test più veloci, meno costosi e potenzialmente meno inclini a risultati errati rispetto ai metodi di rilevamento esistenti. Sebbene il lavoro, basato sugli effetti quantistici, sia ancora teorico, questi rivelatori potrebbero potenzialmente essere adattati per rilevare praticamente qualsiasi virus, affermano i ricercatori.

Il nuovo approccio è descritto in un articolo pubblicato giovedì sulla rivista Nano Letters , di Changhao Li, uno studente di dottorato del MIT; Paola Cappellaro, docente di scienze e ingegneria nucleare e di fisica; e Rouholla Soleyman e Mohammad Kohandel dell'Università di Waterloo.

I test esistenti per il virus SARS-CoV-2 includono test rapidi che rilevano specifiche proteine ​​virali e test di reazione a catena della polimerasi (PCR) che richiedono diverse ore per essere elaborati. Nessuno di questi test può quantificare la quantità di virus presente con elevata precisione. Anche i test PCR gold standard potrebbero avere tassi di falsi negativi superiori al 25%. Al contrario, l'analisi del team mostra che il nuovo test potrebbe avere tassi di falsi negativi inferiori all'1%. Il test potrebbe anche essere sufficientemente sensibile da rilevare solo poche centinaia di filamenti di RNA virale, in appena un secondo.

Il nuovo approccio fa uso di difetti su scala atomica in minuscoli frammenti di diamante, noti come centri di vacanza di azoto (NV). Questi minuscoli difetti sono estremamente sensibili a minuscole perturbazioni, grazie agli effetti quantistici che si verificano nel reticolo cristallino del diamante, e vengono esplorati per un'ampia varietà di dispositivi di rilevamento che richiedono un'elevata sensibilità.

Il nuovo metodo comporterebbe il rivestimento dei nanodiamanti contenenti questi centri NV con un materiale che è accoppiato magneticamente ad essi ed è stato trattato per legarsi solo con la specifica sequenza di RNA del virus. Quando l'RNA del virus è presente e si lega a questo materiale, interrompe la connessione magnetica e provoca cambiamenti nella fluorescenza del diamante facilmente rilevabili con un sensore ottico basato su laser.

Il sensore utilizza solo materiali a basso costo (i diamanti coinvolti sono più piccoli dei granelli di polvere) e i dispositivi potrebbero essere ingranditi per analizzare un intero lotto di campioni contemporaneamente, affermano i ricercatori. Il rivestimento a base di gadolinio con le sue molecole organiche sintonizzate sull'RNA può essere prodotto utilizzando processi e materiali chimici comuni e i laser utilizzati per leggere i risultati sono paragonabili a puntatori laser verdi commerciali economici e ampiamente disponibili.

Sebbene questo lavoro iniziale fosse basato su simulazioni matematiche dettagliate che hanno dimostrato che il sistema può funzionare in linea di principio, il team sta continuando a lavorare per tradurlo in un dispositivo funzionante su scala di laboratorio per confermare le previsioni. "Non sappiamo quanto tempo ci vorrà per fare la dimostrazione finale", dice Li. Il loro piano consiste prima nell'eseguire un test di laboratorio di base per la verifica del principio, quindi lavorare sui modi per ottimizzare il sistema per farlo funzionare su vere applicazioni di diagnosi dei virus.

Il processo multidisciplinare richiede una combinazione di competenze in fisica quantistica e ingegneria, per produrre i rivelatori stessi, e in chimica e biologia, per sviluppare le molecole che si legano con l'RNA virale e per trovare il modo di legarle alle superfici del diamante.

Anche se si verificano complicazioni nel tradurre l'analisi teorica in un dispositivo funzionante, dice Cappellaro, c'è un margine così ampio di falsi negativi inferiori previsti da questo lavoro che probabilmente avrà comunque un forte vantaggio rispetto ai test PCR standard al riguardo. E anche se la precisione fosse la stessa, questo metodo avrebbe comunque un grande vantaggio nel produrre i suoi risultati in pochi minuti, piuttosto che richiedere diverse ore, dice.

Il metodo di base può essere adattato a qualsiasi virus, dice, compresi quelli nuovi che potrebbero insorgere, semplicemente adattando i composti che sono attaccati ai sensori nanodiamond in modo che corrispondano al materiale generico del virus bersaglio specifico.

"L'approccio proposto è interessante sia per la sua generalità che per la sua semplicità tecnologica", afferma David Glenn, ricercatore senior presso Quantum Diamond Technologies Inc., che non è stato associato a questo lavoro. "In particolare, la tecnica di rilevamento sensibile e completamente ottica qui descritta richiede una strumentazione minima rispetto ad altri metodi che impiegano centri di vacanza di azoto", afferma.

Aggiunge che per la sua azienda "siamo molto entusiasti di utilizzare sensori quantistici a base di diamante per costruire potenti strumenti per la diagnostica biomedica. Inutile dire che seguiremo con grande interesse man mano che le idee presentate in questo lavoro vengono tradotte in il laboratorio." + Esplora ulteriormente

I ricercatori sviluppano test rapidi e altamente accurati per rilevare virus come SARS-COV-2

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca, l'innovazione e l'insegnamento del MIT.