Das Team der Fudan-Universität hat neue Geräte entwickelt, und der Nukleinsäurenachweis dauert nur 5 Minuten

Jetzt, da die neue Kronenpneumonie-Epidemie noch nicht beendet ist, sind Nukleinsäuretests alltäglich geworden, um normal reisen zu können. Derzeit verwendet der Nukleinsäurenachweis des neuen Coronavirus hauptsächlich Nasopharynxabstriche unter Verwendung von quantitativer Fluoreszenz-PCR, dh Polymerase-Kettenreaktionstechnologie (PCR), und die Nachweiszeit beträgt normalerweise 2-24 Stunden.

Die wachsende Nachfrage nach Reisen und die anhaltende Epidemie, die keine kurze Testzeit ist, setzen den Nukleinsäuretest des neuen Coronavirus stark unter Druck. Um die Genauigkeit der Ergebnisse sicherzustellen, ist es daher erforderlich, die Detektion schneller zu machen.

Kürzlich veröffentlichten das Forschungsteam der Fudan-Universität Liu Yunqi, Wei Dacheng und andere ein Forschungsergebnis in der Zeitschrift „Nature Biomedical Engineering“ (eine Unterausgabe der Zeitschrift „Nature“, Nature Biomedical Engineering). Das entwickelte neue Kronennachweisgerät und -verfahren kann Nukleinsäurenachweisergebnisse innerhalb von 5 Minuten mit höherer Genauigkeit erhalten.

Bei der derzeit üblichen Nachweismethode der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) muss die Nukleinsäure (RNA) des neuartigen Coronavirus revers in DNA transkribiert werden. Wenn die Viruskonzentration beim Nukleinsäurenachweis daher zu niedrig ist, wirkt sich dies auf das Virus aus Genauigkeit der Detektionsergebnisse.

Der vom Forschungsteam der Fudan-Universität veröffentlichte Artikel erwähnte, dass mikroelektromechanische Systeme (MEMS) hochintegriert, klein, billig und effizient sind und kommerziell machbar sind. Aber MEMS-, NEMS- und FET-basierte Biosensoren haben in einigen Fällen Schwierigkeiten, die Empfindlichkeit aufrechtzuerhalten.

Daher hat ein Forschungsteam der Fudan-Universität einen Transistor-Sensorchip entwickelt, der auf MolEMS (Molecular Electromechanical Systems) basiert. Das von ihnen vorgeschlagene MolEMS (Molecular Electromechanical System) ist ein Mikrogerät, das von DNA-Molekülen selbst zusammengesetzt und von einem externen elektrischen Feld angetrieben wird und den Prozess der molekularen Erkennung und Signalumwandlung präzise regulieren kann.

In der Praxis erreichen die meisten Biosensoren keine ultrahohe Empfindlichkeit in biologischen Flüssigkeiten. Die einzigartige Struktur von MolEMS ermöglicht eine ultrapräzise Biodetektion, die eine effiziente Bioerkennung und Signaltransduktion ermöglicht, was zu einer ultrahohen Empfindlichkeit führt.

Die Ergebnisse erwähnen auch, dass die RNA von SARS-CoV-2 (neuartiges Coronavirus) ungefähr 30.000 Nukleotide umfasst und dass die Messung klinischer Proben eine höhere biologische Komplexität, Variabilität von Patient zu Patient sowie Verfahren zur Probenentnahme und -vorbereitung aufweisen würde. Es besteht auch Unsicherheit.

Der MolEMS-Nachweis von Nukleinsäureproben erfordert keine komplexen und zeitaufwändigen Nukleinsäureextraktions- und Amplifikationsprozesse und kann SARS-CoV-2-RNA direkt in Nasen-Rachen-Abstrichproben nachweisen. Die Zeit zur Diagnose von COVID-19 beträgt etwa 0,1 bis 4 Minuten, bei einem Durchschnitt von 60 Sekunden.

Die Forscher stellten ein COVID-19-Testsystem unter Verwendung von MolEMS-g-FETs für Vor-Ort- und Point-of-Care-Tests zusammen. Das Testsystem besteht aus dem MolEMS g-FET integrierten Testmodul und dem Hauptsystem. Um Querinterferenzen zwischen verschiedenen Proben zu vermeiden, wird ein Modul zum Testen einer Probe verwendet.

Das Hauptsystem kann für mehrere Tests wiederverwendet werden, indem einfach das MolEMS-Testmodul ausgetauscht wird. Die Bedienung des Systems gliedert sich in drei Schritte: Der erste Schritt besteht darin, das Testmodul mit dem Hauptsystem zu verbinden und den Computer oder das Smartphone über USB, WLAN oder Bluetooth mit dem Testsystem zu verbinden. Der zweite Schritt besteht darin, das Siegel zu öffnen, das den PDMS-Well des Testmoduls abdeckt. Der dritte Schritt besteht darin, die Testprobe in das PDMS-Well zu geben und die Ergebnisse von einem Computer oder Smartphone abzulesen.

In Bezug auf die Forschungsergebnisse reduziert MolEMS im Vergleich zu MEMS und NEMS Kosten, Volumen und Gewicht und ermöglicht Operationen auf molekularer Ebene. Darüber hinaus ist die Bedienung einfach, die Empfindlichkeit und Spezifität hoch und es ist tragbar. Die Wahrscheinlichkeit falsch negativer und falsch positiver Ergebnisse ist extrem gering und schneller als PCR-Tests.

Die Weiterentwicklung des tragbaren Systems ermöglicht Vor-Ort- und Point-of-Care-Tests auf Flughäfen, in Kliniken und örtlichen Notaufnahmen und sogar zu Hause. Es trägt dazu bei, die Effizienz des Nukleinsäurenachweises zu verbessern und die Ausbreitung des Virus zu verlangsamen.

Insbesondere wurde MolEMS auch entwickelt, um eine ultrapräzise Diagnose anderer Krankheiten in wenigen Minuten zu ermöglichen, ohne dass eine Zielreinigung, -expansion oder -kultivierung erforderlich ist, die normalerweise Stunden oder Tage dauert. Neben der Biosensorik können die Designprinzipien von MolEMS verwendet werden, um andere elektromechanische Geräte und Funktionssysteme mit höherer Präzision zu entwerfen.

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