يمكن استخدام آلات نسبرسو ، التي تُخمّر الإسبريسو والقهوة من كبسولات القهوة ، في اختبارات كوفيد -XNUMX. مانو باديلا / شاترستوك 

كان للانتقال إلى العمل من المنزل تحدياته بالنسبة لنا جميعًا ، ولكن عندما تتضمن وظيفتك البحث عن تطبيقات بيولوجية لتقنية النانو ، فإن هذه التجارب تكون أكثر تعقيدًا من التوفيق بين استخدام النطاق العريض في المنزل. إذا تم منعك من دخول معمله ، فقد تتوقع بشكل معقول البحث من قبل الكيميائي العضوي فيتوريو ساجيومو، من مجموعة Bionanotechnology في جامعة Wageningen & Research في هولندا ، إلى التوقف التام.

لكن Saggiomo هو نوع مبدع ومبدع ، ولذا بدأ يتساءل عما إذا كان بإمكانه تحويل الأجهزة المنزلية الشائعة إلى الاستخدام الجيد في مكافحة COVID-19. وبشكل أكثر تحديدًا ، هل يمكنه إنشاء اختبار منزلي رخيص وشديد الحساسية للفيروس؟ اتضح أنه يستطيع. قام فريقه الآن بنشر الفكرة على خادم ما قبل الطباعة ، ChemArxiv. الورقة لم تتم مراجعتها من قبل علماء آخرين.

في الوقت الحالي ، هناك نوعان رئيسيان من اختبار COVID-19: اختبار PCR واختبار التدفق الجانبي (LFT). يتحقق اختبار PCR المعياري الذهبي من وجود الفيروس عن طريق الكشف عن مادته الجينية المعروفة باسم RNA. ولكن توجد كميات صغيرة جدًا من المواد الفيروسية في المسحة ، لذلك يجب تحويل المادة إلى حمض نووي وتضخيمها قبل اكتشافها. ويتحقق ذلك من خلال "تفاعل البلمرة المتسلسل"، وهو ما يرمز إليه PCR.

تتضمن العملية دورات متكررة عبر مجموعة من درجات الحرارة بين 50 درجة مئوية و 90 درجة مئوية. خلال كل دورة ، تتضاعف كمية الحمض النووي ، لذلك بعد 30 دورة ، يمكن إنشاء أكثر من مليار نسخة من المادة الفيروسية من خيط واحد فقط من مادة البداية. ثم يتم الكشف عن المادة المضخمة بملصقات الفلورسنت التي تربط نفسها بتسلسل الحمض النووي الفيروسي.

على هذا النحو ، تعد تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل تقنية حساسة للغاية ، ولكنها تحتاج إلى مواد ومعدات متخصصة لأداءها. هذا هو سبب إرسال الاختبارات إلى المختبر ، ويستغرق الحصول على النتيجة يومًا أو يومين.

الاختبار الشائع الثاني هو اختبار التدفق الجانبي (LFT). هذه تعمل عن طريق الكشف عن شظايا قشور البروتين الفيروسي. جزء لا يتجزأ من شرائط LFTs هي أجسام مضادة ترتبط بالفيروس. يتم تمييز هذه الأجسام المضادة بجزيئات ذهبية صغيرة تظهر باللون الأحمر ، مما يسمح لك برؤيتها على جهاز الاختبار. تتراكم الأجسام المضادة الموصوفة في نطاقات مميزة على LFT اعتمادًا على ما إذا كان الفيروس موجودًا أم لا.

إن LFTs سريعة ورخيصة وسهلة الاستخدام ، مما يجعلها مثالية للاختبار المجتمعي والمنزلي. لكن هم ليس في مكان قريب من الحساسية كاختبارات تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) - سيحددون فقط الأشخاص الذين يعانون من حمولات فيروسية عالية. هذا يعني أن العديد من الأشخاص المصابين سيحصلون على نتيجة سلبية خاطئة من هذه الاختبارات.

اختبارات CoroNaspresso

من الناحية المثالية ، نحتاج إلى اختبار منزلي سهل الاستخدام مثل اختبار LFTs ولكنه حساس مثل اختبار PCR. المرشح الممتاز هو طريقة تسمى تضخيم متساوي الحرارة بوساطة حلقة (مصباح). يعمل هذا وفقًا لمبادئ مشابهة جدًا لمبادئ تفاعل البوليميراز المتسلسل ، وينتج نسخًا متعددة من المادة الوراثية الأولية - والتي يمكنك الحصول عليها من المسحة - ولكن لها بعض المزايا الرئيسية.

على سبيل المثال ، يمكن دمجه مع "قراءات ملونة" سهلة الاستخدام. عندما يحدث تفاعل المصباح ، فإنه يتسبب في زيادة حموضة العينة. هذا يعني أنه يمكنك إضافة مادة يتغير لونها وفقًا لقيمة الأس الهيدروجيني في مزيج التفاعل ، مما يوفر مؤشرًا مرئيًا لنتيجة إيجابية أو سلبية. ميزة أخرى هي أن تفاعلات المصباح تتم عند درجة حرارة ثابتة (حوالي 65 درجة مئوية) بدلاً من الحاجة إلى دوران ثابت عبر مجموعة من درجات الحرارة.

ومع ذلك ، لا يزال المصباح بحاجة إلى تحكم دقيق في درجة الحرارة. عادة ما يتم تحقيق أنظمة التحكم في درجة الحرارة - سواء كانت في آلة PCR أو أداة المصباح أو الفرن المنزلي - باستخدام منظمات الحرارة الإلكترونية. ومع ذلك ، فإن صنع وشحن الأجهزة الإلكترونية الجديدة المصممة خصيصًا لاختبارات المصباح المنزلي أمر غير عملي (خاصة في خضم الجائحة). لذا حاول ساجيومو إيجاد طريقة للتغلب على هذا. ضرب على مواد تسمى مواد تغيير المرحلة تمتص الطاقة (الحرارة) أثناء ذوبانها وبالتالي تحافظ على درجة حرارة ثابتة.

بعد العثور على شمع مصنوع من مادة تذوب عند درجة الحرارة المطلوبة بالضبط ، شرع ساغيومو في بناء جهاز لإيواء أنابيب تفاعل المصباح وقطع الشمع. ثم يلزم إدخال هذا في بعض المواد الأخرى التي يمكن تسخينها. اتضح أن السكن المثالي كان يحدق في وجهه أثناء صنع قهوة الصباح: كبسولات آلة صنع قهوة Nespresso.

كانت الخطوة الأخيرة هي إيجاد الطريقة الصحيحة لتسخين الكبسولات. بعد تجربة غسالة الصحون (نجحت لكن العينات استمرت في الضياع) ، فرن الميكروويف (فشل ، لأن الأنابيب كانت ساخنة للغاية وانفجرت الأغطية) وأكواب مليئة بالماء الساخن (لا يوجد تحكم كافٍ في درجة الحرارة) ، استقر ساغيومو على مقلاة بسيطة من الماء المغلي على الموقد. جهاز "CoroNaspresso" الناتج ، عند اختباره بواسطة أعضاء آخرين في الفريق ، باستخدام مسحات من ستة أشخاص ، حدد بشكل صحيح ثلاث حالات من COVID-19 (كان لهذه الاختبارات لون مختلف عن الاختبارات السلبية).

اختبار كوفيد المنزلي. تغريدة بواسطةV_Saggiomo

الاختبار ، بما في ذلك الكبسولات والشمع المتغير الطور والقوارير التي يتم فيها إدخال مادة وراثية ، سيكون من السهل إنتاجه بالملايين. يمكن للناس بعد ذلك مسح المواد الجينية في المنزل وتسخين الكبسولات للحصول على نتائجها. هذه الأجهزة رخيصة أيضًا (حوالي 0.20 يورو) ، سهلة الصنع وسهلة الاستخدام وقابلة لإعادة التدوير إلى حد كبير. ربما سنرى اختبارات CoroNespresso في منازلنا قريبًا ، فقط لا تخلط بينها وبين كبسولات القهوة العادية.

عن المؤلف

مارك لورتش، أستاذ علوم الاتصال والكيمياء ، جامعة هال

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

books_science