Chế tạo thành công thiết bị đặc biệt phát hiện kháng thể chống virus SARS-CoV-2

Thiết bị do các nhà khoa học Nga phát triển bao gồm một dụng cụ đo cảm biến sinh học và một cụm thiết bị gắn vào điện thoại thông minh để xử lý thông tin nhận được. Khi hoạt động, hệ thống sẽ phát hiện ra các kháng thể IgM và IgG, ngoài ra còn có thể phân biệt chúng với nhau.

Nguyên tắc hoạt động của thiết bị là ghi nhận sự thay đổi độ dẫn điện (thay đổi điện trở) khi dụng cụ đo cảm biến sinh học tiếp xúc với các protein mang dấu ấn (marker protein) của bệnh. Cụ thể trong trường hợp này là tiếp xúc với các kháng thể mà cơ thể sản sinh ra khi nhiễm SARS-CoV-2.

"Chúng tôi sử dụng aptamer làm vật liệu cảm biến sinh học. Đây là những đoạn DNA hoặc RNA ngắn, được tổng hợp nhân tạo, tương tác cụ thể với các marker bệnh. Aptamer được cấy vào một con chip được bao phủ một lớp graphene oxit đã khử tĩnh điện. Khi chúng liên kết với các marker bệnh, trong trường hợp này là các kháng thể, chúng thu nhận thêm hoặc mất đi một điện tử (electron). Điều này làm thay đổi điện trở của lớp dẫn điện. Dòng điện đi qua nó tăng hay giảm đều được thiết bị ghi lại", ông Ivan Komarov, kỹ sư của Trung tâm kỹ thuật liên ngành Composites Nga cho hay.

Khi sử dụng, thiết bị sẽ tương tự như máy đo đường huyết. Chỉ lần lấy một giọt máu (ví dụ bằng cách châm ngón tay) đưa vào thiết bị. Sau 2-3 phút, màn hình sẽ hiển thị kết quả cho biết cơ thể có kháng thể chóng virus SARS-CoV-2 trong máu hay không và mức độ của chúng là bao nhiêu.

Liên quan tới việc phát triển chế tạo các thiết bị phát hiện kháng thể chống lại virus SARS-CoV-2, trước đó, các nhà nghiên cứu tại Đại học Carnegie Mellon (Mỹ) cũng chế tạo thành công một cảm biến sinh học, chế tạo từ vật liệu nano tiên tiến có thể phát hiện trong vòng vài giây những kháng thể đặc hiệu đối với SARS-CoV-2.

Phương pháp xác định các kháng thể đặc hiệu đối với các kháng nguyên của virus là một trong hai phương pháp chủ yếu để phát hiện lây nhiễm dịch bệnh. Xét nghiệm kháng thể có thể xác minh xem văcxin có hoạt động trong quá trình điều trị hay không và xác định các trường hợp không có triệu chứng trong một nhóm dân số nhất định.

Ngoài khả năng xét nghiệm, cảm biến cơ bản này hỗ trợ định lượng chính xác phản ứng miễn dịch của cơ thể đối với văcxin mới, cho phép bác sĩ đưa ra những chẩn đoán chính xác.

Thiết bị xét nghiệm xác định các kháng thể đối với protein spike S1 (đột biến) và vùng liên kết thụ thể (RBD) trong một giọt máu rất nhỏ (khoảng 5 microliters). Nồng độ kháng thể có thể rất thấp nhưng vẫn được phát hiện ngay cả trong tình trạng dưới một picomolar (0,15 nanogam trên mililit). Quy trình phát hiện kháng thể được thực hiện thông qua một phản ứng điện hóa trong một thiết bị vi lỏng cầm tay, chuyển kết quả tức thời đến một giao diện đơn giản trên điện thoại thông minh.

Các nhà khoa học đã sử dụng những tiến bộ mới nhất trong lĩnh vực vật liệu và sản xuất như in 3D hạt nano để chế tạo thiết bị, có thể nhanh chóng phát hiện các kháng thể Covid-19.

Công nghệ sản xuất phụ trợ, được gọi là in 3D phun aerosol đã được sử dụng để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác của thiết bị thử nghiệm. Các điện cực vi kim loại nhỏ, rẻ tiền bằng vàng được in ở kích thước nano bằng phương pháp sử dụng những giọt sol khí, gắn kết với nhau bằng thiêu kết nhiệt.

Phương pháp này tạo lên một bề mặt gồ ghề, không đều, tăng diện tích bề mặt của các vi cực và phản ứng điện hóa, vùng những kháng thể có thể bám vào các kháng nguyên phủ trên điện cực. Hình dạng hình học đặc biệt này cho phép các vi cột dính nhiều protein hơn để phát hiện, cho kết quả nhanh chóng và chính xác.

Xét nghiệm có tỷ lệ lỗi rất thấp vì phản ứng gắn kết giữa kháng thể và kháng nguyên được sử dụng trong thiết bị có tính chọn lọc cao. Các nhà khoa học có thể sử dụng cấu trúc thiết kế tự nhiên này cho những mục đích nghiên cứu riêng. Kỹ thuật này có thể định lượng phản ứng miễn dịch đối với tiêm chủng, rất cần thiết trong môi trường hiện nay.

Do thiết bị cảm biến được đề xuất mang tính phổ dụng, thiết kế này có thể được sử dụng để phát hiện nhanh chóng các dấu ấn sinh học đối với các tác nhân lây nhiễm khác như Ebola, HIV và Zika. 

Bảo An