Um sensor COVID-19 desenvolvido na Universidade Johns Hopkins pode revolucionar os testes de va­rus, adicionando precisão e velocidade a um processo que frustrou muitos durante a pandemia.

Em um novo estudo publicado hoje na Nano Letters , os pesquisadores descrevem o novo sensor, que não requer preparação de amostra e experiência ma­nima do operador, oferecendo uma forte vantagem sobre os manãtodos de teste existentes , especialmente para testes em toda a população.

"A técnica étão simples quanto colocar uma gota de saliva em nosso dispositivo e obter um resultado negativo ou positivo", disse Ishan Barman, professor associado de engenharia meca¢nica, que junto com David Gracias, professor de engenharia química e biomolecular, são autores seniores do estudo. "A principal novidade éque esta éuma técnica livre de ra³tulos, o que significa que não são necessa¡rias modificações químicas adicionais, como rotulagem molecular ou funcionalização de anticorpos. Isso significa que o sensor pode eventualmente ser usado em dispositivos vesta­veis".

Barman diz que a nova tecnologia, que ainda não estãodispona­vel no mercado, aborda as limitações dos dois tipos mais utilizados de testes COVID-19: PCR e testes rápidos.

Os testes de PCR são altamente precisos, mas exigem uma preparação complicada da amostra, com resultados que levam horas ou atédias para serem processados ​​em laboratório. Por outro lado, os testes rápidos, que buscam a existaªncia de anta­genos, são menos eficazes na detecção de infecções precoces e casos assintoma¡ticos, podendo levar a resultados erra´neos.

O sensor équase tãosensívelquanto um teste de PCR e tão conveniente quanto um teste rápido de anta­geno. Durante os testes iniciais, o sensor demonstrou 92% de precisão na detecção de SARS-COV-2 em amostras de saliva oscompara¡vel aos testes de PCR. O sensor também teve grande sucesso em determinar rapidamente a presença de outros va­rus, incluindo H1N1 e Zika.

O sensor ébaseado em litografia de nanoimpressão de grande área, espectroscopia Raman aprimorada desuperfÍcie (SERS) e aprendizado de ma¡quina . Pode ser usado para testes em massa em formatos de chips descarta¡veis ​​ou emsuperfÍcies ra­gidas ou flexa­veis.

A chave para o manãtodo éa matriz de antena isolante meta¡lica (FEMIA) de campo flexa­vel e de grande área desenvolvida pelo laboratório de Gracias. A amostra de saliva écolocada no material e analisada usando espectroscopia Raman desuperfÍcie aprimorada, que emprega luz laser para examinar como as moléculas do espanãcime examinado vibram. Como o FEMIA nanoestruturado fortalece significativamente o sinal Raman do va­rus, o sistema pode detectar rapidamente a presença de um va­rus, mesmo que existam apenas pequenos traa§os na amostra. Outra grande inovação do sistema éo uso de algoritmos avana§ados de aprendizado de ma¡quina para detectar assinaturas muito sutis nos dados espectrosca³picos que permitem aos pesquisadores identificar a presença e a concentração do va­rus.

“A detecção a³ptica sem ra³tulo, combinada com aprendizado de ma¡quina, nos permite ter uma única plataforma que pode testar uma ampla variedade de va­rus com sensibilidade e seletividade aprimoradas, com uma resposta muito rápida”, disse o principal autor Debadrita Paria, que trabalhou no a pesquisa como bolsista de pa³s-doutorado em Engenharia Meca¢nica.

O material do sensor pode ser colocado em qualquer tipo desuperfÍcie, desde maa§anetas e entradas de prédios atémáscaras e tecidos.

"Usando fabricação de nanoimpressão de última geração e impressão de transferaªncia, realizamos nanofabricação altamente precisa, ajusta¡vel e escala¡vel de substratos de sensores COVID ra­gidos e flexa­veis, o que éimportante para implementação futura não apenas em biossensores baseados em chip, mas também em dispositivos vesta­veis", disse Gracias.

Ele diz que o sensor pode ser integrado a um dispositivo de teste porta¡til para exames rápidos em locais lotados, como aeroportos ou esta¡dios.

“Nossa plataforma vai além da atual pandemia de COVID-19”, disse Barman. "Podemos usar isso para testes amplos contra diferentes va­rus, por exemplo, para diferenciar entre SARS-CoV-2 e H1N1, e atévariantes. Essa éuma questãoimportante que não pode ser prontamente abordada pelos testes rápidos atuais ".

A equipe continua trabalhando para desenvolver e testar a tecnologia com amostras de pacientes. A Johns Hopkins Technology Ventures solicitou patentes sobre a propriedade intelectual associada e a equipe estãobuscando oportunidades de licenciamento e comercialização.

Os autores incluem: Kam Sang (Mark) Kwok, estudante de pós-graduação em Engenharia Quí­mica e Biomolecular; Piyush Raj, um estudante de pós-graduação; e Peng Zheng, pa³s-doutorando em Engenharia Meca¢nica.