Χρυσός και άνθρακας συστατικά για νέο τεστ κοροναϊού

Στην αναζήτηση των επιστημόνων για ένα γρήγορο και αποτελεσματικό τεστ διάγνωσης για το ενδεχόμενο προσβολής από κοροναϊό, ο άνθρακας και ο χρυσός μπορούν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη ενός νέου διαγνωστικού που θα εξασφαλίζει ταχύτητα, ακρίβεια και φορητότητα. Αν μάλιστα επιλεγεί ο άνθρακας αντί για τον χρυσό, τότε μειώνεται δραστικά και το κόστος του.

Μπορεί ένα τέτοιο τεστ να μην είναι διαθέσιμο ακόμα στην αγορά, όμως η σχετική έρευνα έδειξε θετικά αποτελέσματα, σύμφωνα με επιστημονική μελέτη – με τη συμμετοχή Έλληνα ερευνητή – που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Electroanalytical Chemistry.

Ο επικεφαλής του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας και συνεργάτης του Πανεπιστημίου των Ουραλίων, Καθηγητής Παναγιώτης Τσιακάρας με την ερευνητική ομάδα του επανεξέτασαν τα υλικά που χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων για την ανίχνευση SARS-CoV-2, επισημαίνοντας τον ρόλο της ηλεκτροχημείας στον έλεγχο της νόσου COVID. Οι ηλεκτροχημικοί βιοαισθητήρες θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα νέο εργαλείο διάγνωσης ιών, με χαρακτηριστικά υψηλής ευαισθησίας, ειδικότητας, χαμηλού κόστους, γρήγορης απόκρισης, χωρίς να απαιτείται ειδικό προσωπικό και να προσφέρει και το πλεονέκτημα της φορητότητας.

Μέχρι σήμερα, δύο κύριες ομάδες υλικών έχουν διερευνηθεί διεξοδικά ως ηλεκτρόδια μετατροπέων: η μια με βάση το Au (χρυσό) και η άλλη με βάση τον άνθρακα ή το γραφένιο. Και οι δύο ομάδες υλικών παρουσιάζουν ταχύτερο χρόνο απόκρισης (μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα), καθώς και μεγαλύτερη ακρίβεια από τις τρέχουσες μεθόδους ανίχνευσης. Τα περισσότερα από αυτά τα υλικά, έχουν επίσης υψηλότερη ευαισθησία. Επιπλέον, πολλά από αυτά έχουν τη δυνατότητα να είναι φορητά και μικροσκοπικά.

Τι βρήκαν οι επιστήμονες

Συγκρίνοντας τις δύο παραπάνω ομάδες υλικών, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτά με άνθρακα ή γραφένιο μπορούν να ανταγωνιστούν τα ηλεκτρόδια με βάση τον χρυσό, καθώς έχουν παρόμοια ή καλύτερα λειτουργικά χαρακτηριστικά, προσφέροντας επίσης το πλεονέκτημα του χαμηλότερου κόστους.

Στη μελέτη, οι επιστήμονες σημειώνουν ότι στην περίπτωση των ηλεκτροδίων με βάση το χρυσό, το μέταλλο χρησιμοποιήθηκε με τη μορφή νανοσωματιδίων τα οποία είτε στηρίζονταν σε βάση από πολυμερές ή άλλο υλικό, είτε είχαν αναμειχθεί με μειωμένο οξείδιο του γραφενίου πριν τοποθετηθούν στη βασική πλατφόρμα. Η ανάμειξη του r-GO (μειωμένο οξείδιο του γραφενίου) στα νανοσωματίδια χρυσού, βελτιώνει σημαντικά τα χαρακτηριστικά του αισθητήρα SARS-CoV-2 καθώς επεκτείνει την περιοχή ανίχνευσης που δεσμεύει ο ιός.

Στην περίπτωση των ηλεκτροδίων με βάση άνθρακα ή γραφένιο, η λειτουργική επιφάνεια αποσπά το μεγαλύτερο ενδιαφέρον, γιατί το γραφένιο και τα παράγωγά του, δεν περιέχουν λειτουργικά στοιχεία που μέσω χημικής αντίδρασης θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ακινητοποίηση των βιομορίων του αναλυτή. Έτσι, η αλλαγή της επιφάνειας ή της δομής δοκιμάστηκε με: i) ενίσχυση του γραφενίου με άλλο (βιο) στοιχείο, ii) δημιουργία ελαττωμάτων δομής και iii) χρήση ως έχουν για να προσαρμόσουν ηλεκτρόδια άνθρακα.

Μεταξύ των εφαρμοσμένων τεχνικών ανίχνευσης η φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής σύνθετης αντίστασης, η αμπερομετρία και η διαφορική παλμομετρία ήταν αυτές που χρησιμοποιήθηκαν πιο πολύ. Στην περίπτωση της αμπερομετρικής τεχνικής, υπάρχει σκεπτικισμός για την «πραγματική» απόκριση του αισθητήρα σε περιβάλλον με υψηλές συγκεντρώσεις ιού, καθώς μπορεί να επικρατούν φαινόμενα διάχυσης.

Η φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής σύνθετης αντίστασης, η βολταμετρία τετραγωνικών κυμάτων και οι διαφορικές τεχνικές ανίχνευσης βολταμετρίας παλμών είναι πιο ευαίσθητες και αξιόπιστες, ειδικά στις πολύ χαμηλές τιμές συγκέντρωσης του βασικού αναλύτη. Ωστόσο, για την απόκτηση της «πραγματικής» φόρτισης, οι βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας καθορίζονται κάθε φορά (βήμα Hz ή τάση, ή ρυθμός σάρωσης κ.λπ.) ανάλογα με τη συγκέντρωση του ιού.

Ολοκληρώνοντας τη μελέτη τους, ο καθηγητής Παναγιώτης Τσιακάρας και οι συνεργάτες του σημειώνουν ότι: μεταξύ των υλικών ηλεκτροδίων που διερευνήθηκαν, οι δύο κύριες ομάδες είναι αυτές με βάση το χρυσό και τον άνθρακα ή γραφένιο, ενώ οι ηλεκτροχημικοί βιοαισθητήρες με βάση τα νανοϋλικά θα μπορούσαν να επιτρέψουν ένα γρήγορο, ακριβές και όχι ακριβό τεστ ανίχνευσης ιών. Εντούτοις, χρειάζεται περαιτέρω έρευνα στα διάφορα νανοϋλικά και τη σύνθεση μεταξύ τους, ώστε οι  βιοαισθητήρες του SARS-CoV-2 να αποτελέσουν εμπορικό προϊόν.