透過氣溶膠噴射列印的3D電極在幾秒鐘內即可檢測COVID-19抗體

[導讀]

透過電化學平臺在幾秒鐘內感測到SARS-CoV-2病毒特異的抗體，該電化學平臺由裝飾有還原性氧化石墨烯並具有重組病毒抗原功能的金微柱陣列電極組成。陣列電極透過Aerosol Jet（AJ）奈米顆粒3D打印製成，其中金奈米顆粒（3-5nm）在3D空間中組裝，燒結並與微流體裝置整合在一起。該裝置顯示可以透過電化學阻抗譜檢測濃度低至1pM的SARS-CoV-2刺突S1蛋白及其受體結合域（RBD）抗體，並可以透過基於智慧手機的使用者介面進行讀取。此外，透過引入可從抗原中洗脫抗體的低pH化學試劑，可在一分鐘內使感測器再生，從而允許使用同一感測器連續測試多個抗體樣品。在這項工作中測試的兩種抗體的檢測時間為11.5秒。

由於獨特的3D列印技術和電化學反應，研究人員揭示了已知的最快的高靈敏度COVID-19抗體測試。

卡內基梅隆大學的研究人員與匹茲堡大學和UPMC合作開發了已知最快的COVID-19抗體測試之一。測試結果可在10到15秒內獲得，並檢測出SARS-CoV-2（負責COVID-19的病毒）中兩種抗體的存在。這種快速有效的測試可能是控制大流行蔓延的遊戲規則。

他們的研究發現可在MedRxiv上獲得使用（"透過氣溶膠噴射印刷的三維電極在幾秒鐘內檢測COVID-19抗體"），可望得到同行評審。

突破性測試將需要從指尖滴一小滴血液（少於5微升），以識別病毒的兩種抗體：刺突S1蛋白和受體結合域（RBD）。透過手持式微流控裝置中的電化學反應，它可以檢測極低水平的抗體濃度（1皮摩爾（0.15納克/毫升））。結果幾乎立即傳送到智慧手機上的簡單介面。可以使用研究人員發現的特殊化學方法在一分鐘內清潔（即再生）該裝置，該化學方法允許從同一裝置進行多次連續讀取。

3D氣溶膠噴射技術，可提高該測試裝置的效率和準確性。微小，便宜的微柱狀金電極使用熱燒結在一起的氣溶膠液滴以奈米級進行印刷。這會導致粗糙，不規則的表面，從而增加微柱的表面積並增強電化學反應，其中抗體可以閂鎖在電極上包覆的抗原上。特定的幾何形狀允許微柱載入更多的蛋白質進行檢測，從而獲得非常準確，快速的結果。

該測試的錯誤率非常低，因為該裝置中使用的抗體和抗原之間的結合反應具有很高的選擇性。研究人員充分利用了這種自然的設計優勢。

具有臨時專利的裝置製造成本低廉（數十美元）。並且，製造能力已經存在。

用EIS測量3DcC感測器的Nyquist圖。

"當我們意識到我們可以使我們的工作適應COVID-19測試時，我的研究團隊正在研究3D列印的高效能感測器，以檢測大腦中的多巴胺，"機械工程副教授Rahul Panat說。卡內基·梅隆（Carnegie Mellon）使用專門的增材製造技術進行研究，涉及範圍從腦機介面到生物監控裝置。"我們改變了研究方向，將我們的專業知識應用到了這場毀滅性的大流行中。"