A Covid-19 vírus jelenlétének vizsgálatára szolgáló új megközelítés olyan tesztekhez vezethet, amelyek gyorsabbak, olcsóbbak és potenciálisan kevésbé hajlamosak a hibás eredményekre, mint a jelenlegi detektálási módszerek. Bár a kvantumhatásokon alapuló munka még elméleti jellegű, a kutatók szerint ezek a detektorok potenciálisan adaptálhatók gyakorlatilag bármilyen vírus kimutatására.
Az új megközelítést Changhao Li, az MIT, Changhao Li, Paola Cappellaro, Rouholla Soleyman és Mohammad Kohandel az MIT és a Waterloo-i Egyetem kutatói a Nano Letters című folyóiratban ismertették. Az elképzelés annyira forradalmi és komoly benyomást ígérő, hogy a kidolgozását munkát az amerikai hadsereg kutatási hivatala és a Canada First Research Excellence Fund is támogatta.
A SARS-CoV-2 vírus kimutatására létező tesztek közé tartoznak a specifikus vírusfehérjéket kimutató gyorstesztek és a polimeráz láncreakció (PCR) tesztek, amelyek feldolgozása több órát vesz igénybe. E tesztek egyike sem képes nagy pontossággal számszerűsíteni a jelen lévő vírus mennyiségét. Még az arany standard PCR-teszteknél is több mint 25 százalékot érhet el a hamis negatív arány. Ezzel szemben a kutatócsoport elemzése szerint az új teszt hamis negatív aránya 1 százalék alatt lehet. A teszt emellett elég érzékeny lehet ahhoz, hogy mindössze néhány száz szál vírus-RNS-t is kimutasson, mindössze egy másodperc alatt.
Az új megközelítés a gyémánt apró darabkáiban található atomi méretű hibákat, az úgynevezett nitrogénüresedés (NV) központokat használja ki. Ezek az apró hibák a gyémánt kristályrácsában lejátszódó kvantumhatásoknak köszönhetően rendkívül érzékenyen reagálnak a legkisebb zavarokra, és a legkülönfélébb, nagy érzékenységű eszközök számára vizsgálják őket.
Az új módszer lényege, hogy az ezeket az NV-központokat tartalmazó nanogyémántokat olyan anyaggal vonnák be, amely mágnesesen kapcsolódik hozzájuk, és amelyet úgy kezeltek, hogy csak a vírus specifikus RNS-szekvenciájához kapcsolódjon. Amikor a vírus RNS jelen van és kötődik ehhez az anyaghoz, megszakítja a mágneses kapcsolatot, és olyan változásokat okoz a gyémánt fluoreszcenciájában, amelyek lézer alapú optikai érzékelővel könnyen kimutathatók.
A kutatók szerint a szenzor csak olcsó anyagokat használ (az érintett gyémántok kisebbek, mint a porszemek), és az eszközök skálázhatók lennének, hogy egyszerre egy egész tétel mintát elemezzenek. A gadolínium-alapú bevonat az RNS-hez hangolt szerves molekulákkal közönséges kémiai eljárásokkal és anyagokkal előállítható, az eredmények leolvasásához használt lézerek pedig összehasonlíthatók az olcsó, széles körben elérhető kereskedelmi forgalomban kapható zöldlézeres mutatókkal, pointerekkel.
Bár ez a kezdeti munka részletes matematikai szimulációkon alapult, amelyek bizonyították, hogy a rendszer elvileg működhet, a csapat tovább dolgozik azon, hogy ezt egy működő, laboratóriumi méretű eszközre ültesse át, és megerősítse az előrejelzéseket. A multidiszciplináris folyamat a kvantumfizika és a mérnöki tudományok kombinációját igényli a detektorok előállításához, valamint a kémia és a biológia területén a vírus RNS-éhez kötődő molekulák kifejlesztéséhez és a gyémántfelületekhez való kötésük módjának megtalálásához.
Az alapmódszer szerinte az eszköz bármilyen vírusra adaptálható, beleértve az esetlegesen felbukkanó új vírusokat is, egyszerűen a nanogyémánt érzékelőkhöz kapcsolt vegyületek hozzáigazításával, hogy azok megfeleljenek az adott célvírus általános anyagának.
"A javasolt megközelítés mind általánossága, mind technológiai egyszerűsége miatt vonzó. Különösen az itt leírt érzékeny, teljesen optikai detektálási technika igényel minimális műszerparkot más, nitrogénüresedés-központokat alkalmazó módszerekhez képest" - mondja David Glenn, a Quantum Diamond Technologies Inc. vezető kutatója.
