Sensor Berbasis Kertas Mendeteksi COVID-19 dalam Menit

Ketika pandemi COVID-19 terus menyebar ke seluruh dunia, pengujian tetap menjadi strategi utama untuk melacak dan mengendalikan virus. Para peneliti telah mengembangkan tes ultrasensitif yang cepat menggunakan sensor elektrokimia berbasis kertas yang dapat mendeteksi keberadaan virus dalam waktu kurang dari lima menit.

Ada dua kategori besar tes COVID-19 di pasaran. Yang pertama menggunakan reverse transcriptase real-time poly-merase chain reaction (RT-PCR) dan strategi hibridisasi asam nukleat untuk mengidentifikasi RNA virus. Beberapa kelemahan termasuk jumlah waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tes, kebutuhan akan personel khusus, dan ketersediaan peralatan dan reagen. Kategori kedua berfokus pada deteksi antibodi; namun, mungkin ada penundaan beberapa hari hingga beberapa minggu setelah seseorang terpapar virus agar mereka dapat memproduksi antibodi yang dapat dideteksi.

Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah berhasil membuat biosensor titik perawatan menggunakan bahan nano 2D seperti graphene untuk mendeteksi penyakit. Keuntungan utama dari biosensor ini adalah sensitivitasnya, biaya produksi yang rendah, dan perputaran deteksi yang cepat. Graphene menunjukkan sifat mekanik dan elektrokimia yang unik yang membuatnya ideal untuk pengembangan sensor elektrokimia yang sensitif. Tim tersebut menciptakan biosensor elektrokimia berbasis graphene dengan pengaturan pembacaan listrik untuk secara selektif mendeteksi keberadaan materi genetik SARS-CoV-2.

Ada dua komponen pada biosensor:platform untuk mengukur pembacaan listrik dan probe untuk mendeteksi keberadaan RNA virus. Untuk membuat platform, para peneliti pertama-tama melapisi kertas saring dengan lapisan nanoplatelet graphene untuk membuat film konduktif. Kemudian, mereka menempatkan elektroda emas dengan desain yang telah ditentukan di atas graphene sebagai bantalan kontak untuk pembacaan listrik. Emas dan graphene memiliki sensitivitas dan konduktivitas tinggi, yang membuat platform ini sangat sensitif untuk mendeteksi perubahan sinyal listrik.

Tes COVID-19 berbasis RNA saat ini menyaring keberadaan gen-N (nukleokapsid fosfoprotein) pada virus SARS-CoV-2. Dalam penelitian ini, tim merancang probe antisense oligonucleotide (ASO) untuk menargetkan dua wilayah gen-N. Menargetkan dua wilayah memastikan keandalan senor jika satu wilayah mengalami mutasi gen. Nanopartikel emas (AuNP) ditutup dengan asam nukleat untai tunggal (ssDNA), yang mewakili probe penginderaan ultra-sensitif untuk RNA SARS-CoV-2.

Para peneliti sebelumnya menunjukkan sensitivitas probe penginderaan yang dikembangkan dalam pekerjaan sebelumnya. Hibridisasi RNA virus dengan probe ini menyebabkan perubahan respons listrik sensor. Tutup AuNP mempercepat transfer elektron dan ketika disiarkan melalui platform penginderaan, menghasilkan peningkatan sinyal output dan menunjukkan adanya virus.

Tim menguji kinerja sensor dengan menggunakan sampel positif dan negatif COVID-19. Sensor menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam tegangan sampel positif dibandingkan dengan yang negatif dan mengkonfirmasi keberadaan materi genetik virus dalam waktu kurang dari lima menit. Selanjutnya, sensor mampu membedakan viral load RNA dalam sampel ini. Viral load adalah indikator kuantitatif penting dari kemajuan infeksi dan tantangan untuk diukur menggunakan metode diagnostik yang ada.

Platform ini memiliki aplikasi yang luas karena portabilitas dan biaya rendah. Sensor tersebut, ketika diintegrasikan dengan mikrokontroler dan layar LED atau dengan smartphone melalui Bluetooth atau WiFi, dapat digunakan di titik perawatan di kantor dokter atau bahkan di rumah. Di luar COVID-19, tim juga memperkirakan sistem dapat beradaptasi untuk mendeteksi berbagai penyakit.