Sensor Kertas Cepat Deteksi COVID-19 dalam Kurang dari 5 Menit
Sementara pandemi COVID-19 terus menyebar di seluruh dunia, pengujian tetap menjadi strategi utama untuk melacak dan mengendalikan virus. Peneliti telah mengembangkan tes cepat dan ultra-sensitif menggunakan sensor elektrokimia berbasis kertas yang dapat mendeteksi keberadaan virus dalam kurang dari lima menit.
Ada dua kategori luas tes COVID-19 di pasaran. Yang pertama menggunakan reverse transcriptase real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) dan strategi hibridisasi asam nukleat untuk mengidentifikasi RNA virus. Beberapa kekurangan termasuk waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tes, kebutuhan akan tenaga ahli khusus, dan ketersediaan peralatan serta reagen. Kategori kedua berfokus pada deteksi antibodi; namun, mungkin ada penundaan beberapa hari hingga beberapa minggu setelah seseorang terpapar virus untuk mereka menghasilkan antibodi yang terdeteksi.
Dalam beberapa tahun terakhir, peneliti telah mencapai beberapa keberhasilan dalam menciptakan biosensor titik perawatan menggunakan nanomaterial 2D seperti grafren untuk mendeteksi penyakit. Keuntungan utama biosensor ini adalah sensitivitasnya, biaya produksi rendah, dan waktu deteksi yang cepat. Grafren menunjukkan properti mekanis dan elektrokimia unik yang menjadikannya ideal untuk pengembangan sensor elektrokimia sensitif. Tim menciptakan biosensor elektrokimia berbasis grafren dengan pengaturan baca listrik untuk secara selektif mendeteksi keberadaan materi genetik SARS-CoV-2.
Ada dua komponen biosensor: platform untuk mengukur baca listrik dan probe untuk mendeteksi keberadaan RNA virus. Untuk membuat platform, peneliti pertama kali melapisi filter kertas dengan lapisan nanoplatelet grafren untuk membuat film konduktif. Kemudian, mereka menempatkan elektroda emas dengan desain yang telah ditentukan di atas grafren sebagai pad kontak untuk baca listrik. Baik emas maupun grafren memiliki sensitivitas dan konduktivitas tinggi, yang membuat platform ini ultra-sensitif untuk mendeteksi perubahan sinyal listrik.
Tes COVID-19 berbasis RNA saat ini menyaring keberadaan gen N (nucleocapsid phosphoprotein) pada virus SARS-CoV-2. Dalam penelitian ini, tim merancang probe oligonucleotide antisense (ASOs) untuk menargetkan dua wilayah gen N. Menargetkan dua wilayah memastikan keandalan sensor jika satu wilayah mengalami mutasi gen. Nanopartikel emas (AuNP) dipipa dengan asam nukleat single-stranded (ssDNA), yang mewakili probe sensasi ultra-sensitif untuk RNA SARS-CoV-2.
Peneliti sebelumnya telah menunjukkan sensitivitas probe sensasi yang dikembangkan dalam pekerjaan sebelumnya. Hibridisasi RNA virus dengan probe ini menyebabkan perubahan pada respons listrik sensor. Kap AuNP mempercepat transfer elektron dan ketika disiarkan melalui platform sensasi, menghasilkan peningkatan sinyal output dan menunjukkan keberadaan virus.
Tim menguji performa sensor dengan menggunakan sampel COVID-19 positif dan negatif. Sensor menunjukkan peningkatan yang signifikan pada tegangan sampel positif dibandingkan negatif dan mengonfirmasi keberadaan materi genetik virus dalam kurang dari lima menit. Selain itu, sensor mampu membedakan beban RNA virus dalam sampel ini. Beban virus adalah indikator kuantitatif penting dari perkembangan infeksi dan tantangan untuk diukur menggunakan metode diagnosis yang ada.
Platform ini memiliki aplikasi yang luas karena portabilitas dan biaya rendahnya. Sensor, 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. Selain COVID-19, tim juga memprediksi sistem dapat disesuaikan untuk deteksi banyak penyakit berbeda.
