传感器、视觉

用于大规模检测COVID-19的石墨烯生物传感器

基于石墨烯的生物传感器被用于开发更好、更便宜、更快、更容易检测导致COVID-19的冠状病毒。

迈克Krapfl 2021年4月21日
Courtesy: Jonathan Claussen,爱荷华州立大学

爱荷华州立大学工程师正在使用石墨烯生物传感器开发更好、更便宜、更快、更方便的检测导致COVID-19的冠状病毒的方法。

这些研究是两个联邦项目的一部分,这两个项目旨在寻找更好的方法检测导致COVID-19感染的SARS-CoV-2病毒,以及未来可能爆发的任何病毒。

其中一项研究得到了美国国务院一年的资助卫生与公共服务部疾病控制和预防中心该公司正在寻找有效的测试方法,以方便大规模生产。

另一种是由一项为期两年的资助美国国家卫生研究院通过快速加速诊断(RADx)项目,该公司正在寻找能够轻松分发给偏远或脆弱人群(如肉类加工厂的员工)的检测方法。

“大流行一开始,我们就开始考虑使用我们开发的传感器平台,以便更容易地检测并帮助应对大流行,”加州大学洛杉矶分校副教授卡门·戈梅斯(Carmen Gomes)说机械工程的研究负责人和首席研究官NanoSpy公司。该公司是一家生物传感器初创公司爱荷华州立大学研究园

“我们对这些传感器的工作持乐观态度,”机械工程副教授、NanoSpy项目负责人兼首席科学官乔纳森·克劳森(Jonathan Claussen)说。“最大的挑战将是确定对感染进行医学评估的阈值。”

工程师们的项目始于一笔赠款,用于开发COVID-19检测原型。它已经发展成唾液测试,类似于用于监测糖尿病患者血糖水平的测试条。这些测试寻找冠状病毒的S1突增蛋白。

克劳森说,检测可以在家里、工作场所或医生办公室轻松完成,不需要昂贵的实验室仪器。大约20分钟后会显示结果。

该图显示了一步激光打印过程,使石墨烯基(灰色)唾液(紫色)测试,以检测导致COVID-19的冠状病毒。Courtesy: Jonathan Claussen,爱荷华州立大学

该图显示了一步激光打印过程,使石墨烯基(灰色)唾液(紫色)测试,以检测导致COVID-19的冠状病毒。Courtesy: Jonathan Claussen,爱荷华州立大学

他预计这些测试的总成本将低于6美元。

这可以买到一个非常敏感的测试。克劳森说,他预计它能检测到的病毒浓度可低至万亿分之一摩尔。这项技术的关键是使用石墨烯,这是一种超级材料,是一种只有一个原子厚的碳蜂窝,以其强度、导电性、柔韧性和生物相容性而闻名。克劳森和戈麦斯利用这种材料为电化学传感器打印高分辨率电极。他们已经开发出了多种应用的技术,包括制造传感器来监测食品的新鲜和安全。

克劳森说,在HHS/CDC项目中,研究人员将使用气溶胶喷射打印技术打印用于传感器的石墨烯电极原型。目标是找到将印刷过程转换为凹版或丝网技术用于大规模生产的方法。

对于NIH的项目,戈梅斯说,研究人员正在研究一步激光打印过程来生产传感器。她说,美国国立卫生研究院一直是该项目的重要合作伙伴,提供了病毒灭活样本和唾液样本用于检测。

她说,这种测试可以通过对同一样本使用多种传感策略来检测病毒的变体。它们将被设计成耐久且能在各种条件下工作——甚至是在一个搭建在帐篷里的夏季测试中心。

-编辑Chris Vavra,网页内容经理,控制工程、CFE Media and Technology、cvavra@cfemedia.com


迈克Krapfl
作者简介:Mike Krapfl,爱荷华州立大学