Las simulaciones matemáticas muestran que un nuevo enfoque puede ofrecer una detección más rápida, económica y precisa, incluida la identificación de nuevas variantes – ScienceDaily

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Un nuevo enfoque para probar la presencia del virus que causa Covid-19 puede conducir a pruebas más rápidas, más baratas y potencialmente menos propensas a obtener resultados erróneos que los métodos de detección existentes. Aunque el trabajo, basado en efectos cuánticos, todavía es teórico, estos detectores podrían potencialmente adaptarse para detectar prácticamente cualquier virus, dicen los investigadores.

El nuevo enfoque se describe en un artículo publicado en la revista Nano letras, por Changhao Li, estudiante de doctorado del MIT; Paola Cappellaro, profesora de ciencias e ingeniería y física nucleares; y Rouholla Soleyman y Mohammad Kohandel de la Universidad de Waterloo.

Las pruebas existentes para el virus SARS-CoV-2 incluyen pruebas rápidas que detectan proteínas virales específicas y pruebas de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) que tardan varias horas en procesarse. Ninguna de estas pruebas puede cuantificar la cantidad de virus presente con gran precisión. Incluso las pruebas de PCR estándar de oro pueden tener tasas de falsos negativos superiores al 25%. Por el contrario, el análisis del equipo muestra que la nueva prueba puede tener tasas de falsos negativos inferiores al 1%. La prueba también puede ser lo suficientemente sensible como para detectar solo unos pocos cientos de hebras de ARN viral en solo un segundo.

El nuevo enfoque utiliza defectos a escala atómica en pequeños fragmentos de diamantes, conocidos como centros de vacaciones de nitrógeno (NV). Estos pequeños defectos son extremadamente sensibles a las pequeñas perturbaciones, gracias a los efectos cuánticos que ocurren en la red cristalina del diamante, y se están explorando para una amplia variedad de dispositivos de detección que requieren una alta sensibilidad.

El nuevo método implicaría recubrir los nanodiamantes que contienen estos centros NV con un material que está acoplado magnéticamente a ellos y ha sido tratado para unirse solo con la secuencia de ARN específica del virus. Cuando el ARN del virus está presente y se une a este material, rompe la conexión magnética y provoca cambios en la fluorescencia del diamante que son fácilmente detectables con un sensor óptico basado en láser.

El sensor utiliza solo materiales de bajo costo (los diamantes involucrados son más pequeños que las motas de polvo) y los dispositivos podrían escalarse para analizar un lote completo de muestras a la vez, dicen los investigadores. El recubrimiento a base de gadolinio con sus moléculas orgánicas sintonizadas con ARN se puede producir utilizando procesos y materiales químicos comunes, y los láseres utilizados para leer los resultados son comparables a los punteros láser verdes comerciales, económicos y ampliamente disponibles.

Aunque este trabajo inicial se basó en simulaciones matemáticas detalladas que demostraron que el sistema puede funcionar en principio, el equipo continúa trabajando para traducirlo en un dispositivo funcional a escala de laboratorio para confirmar las predicciones. «No sabemos cuánto tiempo llevará hacer la demostración final», dice Li. Su plan es ejecutar primero una prueba de laboratorio básica para la verificación de principios, luego trabajar en formas de optimizar el sistema para que funcione en aplicaciones de diagnóstico de virus del mundo real.

El proceso multidisciplinario requiere una combinación de habilidades en física cuántica e ingeniería, para fabricar los propios detectores, y en química y biología, para desarrollar las moléculas que se unen al ARN viral y encontrar formas de unirlas a las superficies de los diamantes.

Incluso si surgen complicaciones al traducir el análisis teórico en un dispositivo de trabajo, dice Cappellaro, hay un margen tan grande de falsos negativos menores predichos por este trabajo que probablemente aún tendrá una gran ventaja sobre las pruebas de PCR estándar en este sentido. E incluso si la precisión fuera la misma, este método aún tendría una gran ventaja al producir sus resultados en minutos, en lugar de tomar varias horas, dice.

El método básico se puede adaptar a cualquier virus, dice, incluidos los nuevos que puedan surgir, simplemente adaptando los compuestos que están unidos a los sensores de nanodiamantes para que coincidan con el material genérico del virus objetivo específico.

Agrega que para su empresa «estamos muy emocionados de utilizar sensores cuánticos basados ​​en diamantes para construir herramientas poderosas para el diagnóstico biomédico. No hace falta decir que seguiremos con gran interés a medida que las ideas presentadas en este trabajo se traduzcan en el laboratorio. «

El trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. Y el Fondo de Excelencia en Investigación de Canadá First.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Massachusetts. Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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