صمم باحثون من "معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا" في الولايات المتحدة مستشعرا جديدا يمكنه اكتشاف وجود فيروس كورونا المستجد في عيّنات الاختبار، من دون الحاجة لوجود أجسام مضادة، ما يعطي نتائج دقيقة في غضون دقائق قليلة.
ويمكن أن يتعرف المستشعر الجديد على الفيروس في غضون 5 دقائق تقريباً، كما يمكنه اكتشاف تركيزات منخفضة تصل إلى 2.4 بيكوغرام "البيكوغرام واحد على تريليون من الجرام" من البروتين الفيروسي لكل مليلتر من العيّنة.
ولتصنيع ذلك المستشعر، استخدم الباحثون أنابيب الكربون النانوية المدمجة بالألياف البصرية، ويقولون إن ذلك المستشعر يمكن استخدامه أيضاً في حال انتشار أوبئة مستقبلية.
ويقول أستاذ الهندسة الكيميائية في المعهد مايكل سترانو، وهو المؤلف الرئيسي للدراسة المنشورة في دورية الكيمياء التحليلية، إن الاختبار الجديد سيساعد في فحص الأشخاص قبل دخولهم مقار عملهم. ويمكن أن يُستخدم أيضاً في التعرف إلى المصابين في الرحلات الجوية، وهذا يعني أنه يمكن للشخص السفر في وقت أبكر بكثير حال حدوث أي وباء مستقبلي.
يعتمد التشخيص على تقنية استشعار الأنابيب النانوية الكربونية التي طوّذرها مختبر "ستانو" سابقاً. وعندما بدأ الباحثون العمل على مستشعر لاكتشاف فيروس كورونا المستجد، استغرقهم الأمر 10 أيام لتحديد أنبوب نانوي كربوني معدّل قادر على الكشف الانتقائي عن البروتينات الفيروسية التي كانوا يبحثون عنها، ثم قاموا باختبارها ودمجها في نموذج أولي عملي.
ويلغي هذا النهج أيضاً الحاجة إلى الأجسام المضادة أو الكواشف الأخرى التي تستغرق وقتاً طويلاً لاكتشاف وجود الفيروس.
منذ عدة سنوات، طوّر مختبر "ستانو" نهجاً جديداً لتصميم أجهزة استشعار لمجموعة متنوعة من الجزيئات.
وتعتمد تقنيتهم على الأنابيب النانوية الكربونية، وهي أسطوانات مجوّفة بسمك نانومتر، مصنوعة من الكربون وتتألق بشكل طبيعي عند تعرضها لضوء الليزر. وأظهروا أنه من خلال لف مثل هذه الأنابيب في بوليمرات (لدائن) مختلفة، يمكنهم تصميم مستشعرات تستجيب لجزيئات مستهدفة محددة عن طريق التعرف عليها كيميائياً.
تُعرف تلك الطريقة باسم التعرّف الجزيئي، وهي الاستفادة من ظاهرة تحدث عندما ترتبط أنواع معينة من البوليمرات بجسيم نانوي.
وحين يتواجد الفيروس في عيّنة الاختبار، تتشكل طبقة تسمى "الهالة" تحيط بالأنبوب النانوي.
وأظهر الباحثون أيضاً أن الجهاز يمكنه اكتشاف بروتين الفيروس نفسه والمعروف باسم النوكليوكابسيد، وليس بروتين السنبلة الناجم عن لعاب المصابين؛ وعادة ما يكون اكتشاف البروتينات الفيروسية في اللعاب أمراً صعباً لأن اللعاب يحتوي على كربوهيدرات لزجة وجزيئات إنزيم هضمي تتداخل مع اكتشاف البروتين، ولهذا السبب تتطلب معظم تشخيصات كورونا المستجد مسحات من الأنف.
ويُظهر هذا المستشعر أعلى نطاق من حدود الكشف ووقت الاستجابة وتوافق اللعاب، حتى بدون أي جسم مضاد وتصميم للمستقبلات.
ويقول سترانو إن السرعة التي تمكن بها الباحثون من تطوير نموذج أولي عملي تشير إلى أن هذا النهج يمكن أن يكون مفيداً في تطوير التشخيص بشكل أسرع أثناء الأوبئة المستقبلية، فنحن قادرون على الانتقال من شخص يسلّمنا علامات فيروسية إلى مستشعر يعمل بالألياف الضوئية في فترة زمنية قصيرة جداً.
تجدر الإشارة إلى أن المستشعرات التي تعتمد على الأجسام المضادة لاكتشاف البروتينات الفيروسية، والتي تشكل أساس العديد من اختبارات كورونا المستجد السريعة المتاحة الآن، تستغرق وقتاً أطول لأن تصميمها يعتمد على رصد الجسم المضاد المناسب للبروتين.
وقدم الباحثون طلباً للحصول على براءة اختراع لهذه التكنولوجيا، على أمل أن يتم تسويقها لاستخدامها في تشخيص فيروس كورونا المستجد.