Snelle, nauwkeurige COVID-19 detectie met grafene-technologie

Onderzoekers hebben grafene – een van de sterkste, dunste bekende materialen – gebruikt om het SARS-CoV-2 virus in laboratoriumexperimenten te detecteren. De ontdekking heeft potentiële toepassingen in de strijd tegen COVID-19 en varianten.

Experimenten met grafene en antilichamen

In experimenten combineerden onderzoekers bladen grafene – die meer dan 1.000 keer dunner zijn dan een postzegel – met een antilichaam ontworpen om het spijkereiwit op het coronavirus te targeten. Vervolgens maatten ze de atoomaire trillingen van deze grafene-bladen wanneer ze blootgesteld waren aan COVID-positieve en COVID-negatieve monsters in kunstmatige spuw. Deze bladen werden ook getest in de aanwezigheid van andere coronavirussen zoals MERS-CoV.

De trillingen van het antilichaam-gekoppelde grafene-blad veranderden bij behandeling met een COVID-positief monster, maar niet bij behandeling met een COVID-negatief monster of met andere coronavirussen. Trillingsveranderingen, gemeten met een Raman-spectrometer, waren zichtbaar in minder dan vijf minuten.

Unieke eigenschappen van grafene

Grafene – een „wondermateriaal” genoemd – heeft unieke eigenschappen die het hoogst veelzijdig maken, wat dit type sensor mogelijk maakt. Grafene is een enkel-atoom-dik materiaal opgebouwd uit koolstof. Koolstofatomen zijn gebonden door chemische bindingen wiens elasticiteit en beweging resonerende trillingen kunnen produceren, ook wel fononen genoemd, die zeer nauwkeurig gemeten kunnen worden. Wanneer een molecuul zoals een SARS-CoV-2 molecuul interactie heeft met grafene, verandert het deze resonerende trillingen op een zeer specifieke en kwantificeerbare manier.

Omdat grafene maar één atoom dik is, is een molecuul op zijn oppervlak relatief enorm en kan het een specifieke verandering in zijn elektronische energie produceren. In dit experiment hebben de onderzoekers grafene gemodificeerd met een antilichaam en, in essentie, gekalibreerd om alleen te reageren op het SARS-CoV-2 spijkereiwit. Met deze methode kan grafene op dezelfde manier gebruikt worden om COVID-19 varianten te detecteren.