Materiaal detecteert COVID-19 snel en nauwkeurig

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

In experimenten combineerden onderzoekers vellen grafeen - die meer dan 1000 keer dunner zijn dan een postzegel - met een antilichaam dat is ontworpen om het spike-eiwit op het coronavirus te richten. Vervolgens maten ze de trillingen op atomair niveau van deze grafeenvellen bij blootstelling aan COVID-positieve en COVID-negatieve monsters in kunstmatig speeksel. Deze bladen zijn ook getest in aanwezigheid van andere coronavirussen zoals het Middle East Respiratory Syndrome (MERS-CoV).

De trillingen van het aan antilichaam gekoppelde grafeenblad 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 duidelijk in minder dan vijf minuten.

Grafeen - dat een 'wondermateriaal' wordt genoemd - heeft unieke eigenschappen die het zeer veelzijdig maken, waardoor dit type sensor mogelijk is. Grafeen is een materiaal van één atoom dik dat bestaat uit koolstof. Koolstofatomen zijn gebonden door chemische bindingen waarvan de elasticiteit en beweging resonerende trillingen kunnen produceren, ook wel fononen genoemd, die zeer nauwkeurig kunnen worden gemeten. Wanneer een molecuul zoals een SARS-CoV-2-molecuul interageert met grafeen, verandert het deze resonerende trillingen op een zeer specifieke en meetbare manier.

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