Um sensor COVID-19 desenvolvido na Universidade Johns Hopkins pode revolucionar os testes de vírus, adicionando precisão e velocidade a um processo que frustrou muitos durante a pandemia.
Em um novo estudo publicado hoje na Nano Letters , os pesquisadores descrevem o novo sensor, que não requer preparação de amostra e experiência mínima do operador, oferecendo uma forte vantagem sobre os métodos de teste existentes, especialmente para testes em toda a população.

"A técnica é tão simples quanto colocar uma gota de saliva em nosso dispositivo e obter um resultado negativo ou positivo", disse Ishan Barman, professor associado de engenharia mecânica, que junto com David Gracias, professor de engenharia química e biomolecular, são autores seniores do estudo. "A principal novidade é que esta é uma técnica livre de rótulos, o que significa que não são necessárias modificações químicas adicionais, como rotulagem molecular ou funcionalização de anticorpos. Isso significa que o sensor pode eventualmente ser usado em dispositivos vestíveis".

Barman diz que a nova tecnologia, que ainda não está disponível no mercado, aborda as limitações dos dois tipos mais utilizados de testes COVID-19:PCR e testes rápidos.

Os testes de PCR são altamente precisos, mas exigem uma preparação complicada da amostra, com resultados que levam horas ou até dias para serem processados ​​em laboratório. Por outro lado, os testes rápidos, que buscam a existência de antígenos, são menos eficazes na detecção de infecções precoces e casos assintomáticos, podendo levar a resultados errôneos.

O sensor é quase tão sensível quanto um teste de PCR e tão conveniente quanto um teste rápido de antígeno. Durante os testes iniciais, o sensor demonstrou 92% de precisão na detecção de SARS-COV-2 em amostras de saliva – comparável aos testes de PCR. O sensor também teve grande sucesso em determinar rapidamente a presença de outros vírus, incluindo H1N1 e Zika.

O sensor é baseado em litografia de nanoimpressão de grande área, espectroscopia Raman aprimorada de superfície (SERS) e aprendizado de máquina. Pode ser usado para testes em massa em formatos de chips descartáveis ​​ou em superfícies rígidas ou flexíveis.

A chave para o método é a matriz de antena isolante metálica (FEMIA) de campo flexível e de grande área desenvolvida pelo laboratório de Gracias. A amostra de saliva é colocada no material e analisada usando espectroscopia Raman de superfície aprimorada, que emprega luz laser para examinar como as moléculas do espécime examinado vibram. Como o FEMIA nanoestruturado fortalece significativamente o sinal Raman do vírus, o sistema pode detectar rapidamente a presença de um vírus, mesmo que existam apenas pequenos traços na amostra. Outra grande inovação do sistema é o uso de algoritmos avançados de aprendizado de máquina para detectar assinaturas muito sutis nos dados espectroscópicos que permitem aos pesquisadores identificar a presença e a concentração do vírus.

"Label-free optical detection, combined with machine learning, allows us to have a single platform that can test for a wide range of viruses with enhanced sensitivity and selectivity, with a very fast turnaround," said lead author Debadrita Paria, who worked on the research as a post-doctoral fellow of Mechanical Engineering.

The sensor material can be placed on any type of surface, from doorknobs and building entrances to masks and textiles.

"Using state of the art nanoimprint fabrication and transfer printing we have realized highly precise, tunable, and scalable nanomanufacturing of both rigid and flexible COVID sensor substrates, which is important for future implementation not just on chip-based biosensors but also wearables," said Gracias.

He says the sensor could potentially be integrated with a hand-held testing device for fast screenings at crowded places like airports or stadiums.

"Our platform goes beyond the current COVID-19 pandemic," said Barman. "We can use this for broad testing against different viruses, for instance, to differentiate between SARS-CoV-2 and H1N1, and even variants. This is a major issue that can't be readily addressed by current rapid tests."

The team continues working to further develop and test the technology with patient samples. Johns Hopkins Technology Ventures has applied for patents on the intellectual property associated it and the team is pursuing license and commercialization opportunities.

Authors include:Kam Sang (Mark) Kwok, a graduate student in Chemical and Biomolecular Engineering; Piyush Raj, a graduate student; and Peng Zheng, a post-doctoral fellow in Mechanical Engineering. + Explorar mais

Development of home COVID-19 test comparable to PCR accuracy, selectivity