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Ein schneller, empfindlicher Virendetektor
Forscher der Universität Twente in den Niederlanden haben einen ultraempfindlichen Sensor entwickelt, der möglicherweise in einem Handgerät verwendet werden könnte, um innerhalb von Minuten verschiedene Viren zu erkennen und ihre Konzentration zu messen. Der Sensor könnte verwendet werden, um Menschen in Krankenhäusern und Notfallkliniken schnell zu überprüfen, um Ausbrüche von Krankheiten wie SARS und der Vogelgrippe zu kontrollieren. Alles, was es dafür braucht, ist eine winzige Probe von Speichel, Blut oder anderen Körperflüssigkeiten.
In einem neuen Viruserkennungssensor teilen Wellenleiter in einem Siliziumsubstrat das Licht in vier parallele Strahlen. Die Strahlen bilden dann ein Interferenzmuster, das sich ändert, wenn Viren an die auf einem der Lichtkanäle platzierten Antikörper binden. Forscher der Universität Twente in den Niederlanden haben das Gerät entwickelt, das niedrige Viruskonzentrationen innerhalb von Minuten erkennen kann.
Derzeit verfügbare Methoden zum Nachweis von Viren sind ebenfalls empfindlich. Sie erfordern jedoch eine aufwendige Vorbereitung der Flüssigkeitsprobe und liefern erst nach mehreren Tagen Ergebnisse. Da sich Viruserkrankungen schnell ausbreiten können, suchen Forscher nach einfacheren und schnelleren Möglichkeiten, Viren direkt nachzuweisen. Sie wollen ein Werkzeug, auf das Sie die [Flüssigkeits-]Probe vor Ort auftragen und in wenigen Minuten sagen, ob die Person das SARS-Virus hat oder nicht, sagt Aurel Ymeti , ein Postdoktorand in biophysikalischer Technik und leitender Entwickler des Sensors.
Die Forscher arbeiten nun mit dem in Tiel, Niederlande ansässigen Unternehmen Paradocs Group BV an der Entwicklung eines kommerziellen Prototyps des Sensors, den sie online in a Nano-Buchstaben Papier. Das Gerät verwendet ein Siliziumsubstrat mit Kanälen, die das Laserlicht leiten. Licht tritt an einem Ende in das Substrat ein und wird in vier parallele Strahlen aufgeteilt. Wenn diese Strahlen am anderen Ende austreten, breiten sie sich aus und überlappen sich, wodurch ein Muster aus hellen und dunklen Streifen entsteht, das sogenannte Interferenzmuster, das die Forscher aufzeichnen.
Bisher haben die Forscher den Sensor nur auf das Herpes-Simplex-Virus getestet. An einem der vier lichtleitenden Kanäle bringen die Forscher Antikörper an, die an das Virus binden. Dann fließen sie langsam eine Salzlösung des Virus entlang dieses Kanals. Wenn sich die Mikroben an die Antikörper anlagern, ändert sich das Interferenzmuster. Je höher die Konzentration, desto mehr verschiebt sich das Interferenzmuster.
Durch die Messung der Veränderung des Musters bei unterschiedlichen Viruskonzentrationen stellen die Forscher einen festen Zusammenhang zwischen den beiden Faktoren her. Sobald dieser Zusammenhang bekannt ist, können sie laut Ymeti die Konzentration einer neuen Viruslösung abschätzen, indem sie die Reaktion des Sensors einige Minuten lang analysieren.
Die Forscher können das Virus auch in menschlichem Serum oder Blutplasma nachweisen. Dies ist normalerweise schwieriger als der Nachweis des Virus in einer Kochsalzlösung, da das Serum viele verschiedene Proteine enthält, die an den Antikörper binden und Fehler verursachen können. Bisher erkennt der Sensor das Virus nur, wenn seine Konzentration im Serum hoch ist. Um nützlich zu sein, sollte der verbesserte Prototypsensor in der Lage sein, niedrige Konzentrationen in verschiedenen Körperflüssigkeiten genau zu messen.
Während der Sensor nur für das Herpesvirus funktioniert hat, hoffen die Forscher, ihn bald auch für andere Viren demonstrieren zu können, um ihn breit anwendbar zu machen. Um das SARS-, HIV- oder Vogelgrippe-Virus nachzuweisen, müssten die Forscher spezifische Antikörper für diese Viren an den Lichtkanal anbringen. Durch das Anbringen verschiedener Antikörper an verschiedene Lichtkanäle könnte derselbe Sensor mehrere Krankheiten erkennen.
Das Aufspüren verschiedener Viren mit diesem Gerät sollte keine große Hürde darstellen, sagt David Gottfried, Biosensor-Forscher am Georgia Tech Forschungsinstitut . Bisher hat noch niemand einen schnellen, tragbaren Sensor demonstriert, mit dem Viruserkrankungen vor Ort erkannt werden können. Dies ist eine der ersten Demonstrationen einer Biosensortechnik, die für Viren [praktisch] sein könnte und die für eine Früherkennung erforderliche Sensitivität aufweist, sagt Gottfried.
Ymeti sagt, dass das Ziel darin besteht, ein kleines Mikrofluidik-Gerät zu haben, das gleichzeitig auf verschiedene Krankheiten testen kann. Er rechnet damit, dass ein solcher Prototyp innerhalb der nächsten zwei Jahre fertig sein wird.