Las capacidades de detección cuántica de los nanodiamantes se pueden utilizar para mejorar la sensibilidad de las pruebas de diagnóstico en papel, lo que podría permitir la detección más temprana de enfermedades como el VIH, según un estudio dirigido por investigadores de UCL en el grupo i-sense McKendry.
Las pruebas de flujo lateral en papel funcionan de la misma manera que una prueba de embarazo, ya que se empapa una tira de papel en una muestra de líquido y un cambio de color, o señal fluorescente, indica un resultado positivo y la detección de proteínas del virus.o ADN. Se utilizan ampliamente para detectar virus que van desde el VIH hasta el SARS-CoV-2 las pruebas de flujo lateral para Covid-19 se están probando actualmente en Inglaterra y pueden proporcionar un diagnóstico rápido, ya que los resultados no tienen que procesarseen un laboratorio.
La nueva investigación, publicada en Naturaleza , encontró que los nanodiamantes de bajo costo podrían usarse para señalar la presencia de un marcador de la enfermedad del VIH con una sensibilidad muchos miles de veces mayor que las nanopartículas de oro ampliamente utilizadas en estas pruebas.
Esta mayor sensibilidad permite que se detecten cargas virales más bajas, lo que significa que la prueba podría detectar niveles más bajos de enfermedad o detectar la enfermedad en una etapa más temprana, lo cual es crucial para reducir el riesgo de transmisión de las personas infectadas y para el tratamiento eficaz de enfermedades comoVIH.
El equipo de investigación está trabajando para adaptar la nueva tecnología para realizar pruebas de COVID-19 y otras enfermedades en los próximos meses. El siguiente paso clave es desarrollar un dispositivo de mano que pueda "leer" los resultados, ya que la técnica fuedemostrado usando un microscopio en un laboratorio. También se planean más estudios de evaluación clínica.
La autora principal, la profesora Rachel McKendry, profesora de nanotecnología biomédica en UCL y directora de i-sense EPSRC IRC, dijo: "Nuestro estudio de prueba de concepto muestra cómo se pueden utilizar las tecnologías cuánticas para detectar niveles ultrabajos de virus en una muestra de paciente, lo que permite un diagnóstico mucho más temprano.
"Nos hemos centrado en la detección del VIH, pero nuestro enfoque es muy flexible y puede adaptarse fácilmente a otras enfermedades y tipos de biomarcadores. Estamos trabajando para adaptar nuestro enfoque al COVID-19. Creemos que esta nueva tecnología transformadorabeneficiar a los pacientes y proteger a la población de enfermedades infecciosas ".
Los investigadores hicieron uso de las propiedades cuánticas de los nanodiamantes fabricados con una imperfección precisa. Este defecto en la estructura altamente regular de un diamante crea lo que se llama un centro de nitrógeno vacante NV. Los centros NV tienen muchas aplicaciones potenciales, desde fluorescentesbiomarcado para su uso en imágenes ultrasensibles para qubits de procesamiento de información en computación cuántica.
Los centros NV pueden señalar la presencia de un antígeno u otra molécula diana mediante la emisión de una luz fluorescente brillante. En el pasado, los marcadores fluorescentes estaban limitados por la fluorescencia de fondo, ya sea de la muestra o de la tira reactiva, lo que dificulta su detección.bajas concentraciones de proteínas virales o ADN que indicarían una prueba positiva. Sin embargo, las propiedades cuánticas de los nanodiamantes fluorescentes permiten que su emisión se module selectivamente, lo que significa que la señal se puede fijar a una frecuencia determinada utilizando un campo de microondas y se puede separar de manera eficientela fluorescencia de fondo, abordando esta limitación.
Los resultados ópticos mostraron una mejora de hasta cinco órdenes de magnitud 100.000 veces en la sensibilidad en comparación con las nanopartículas de oro es decir, se requirió un número mucho menor de nanopartículas para generar una señal detectable. Con la inclusión de un breve 10paso de amplificación a temperatura constante de un minuto, en el que se multiplicaron las copias del ARN, los investigadores pudieron detectar el ARN del VIH al nivel de una sola molécula en una muestra modelo.
El trabajo se demostró en un entorno de laboratorio, pero el equipo espera desarrollar las pruebas para que los resultados puedan leerse con un teléfono inteligente o un lector de fluorescencia portátil. Esto significa que la prueba podría, en el futuro, realizarse en entornos de bajos recursos, haciéndolo más accesible para los usuarios.
El primer autor, el Dr. Ben Miller i-sense Postdoctoral Research Associate en el London Centre for Nanotechnology en UCL dijo: "Las pruebas de flujo lateral en papel con nanopartículas de oro no requieren análisis de laboratorio, lo que las hace particularmente útiles en entornos de bajos recursos ydonde el acceso a la atención médica es limitado. Son de bajo costo, portátiles y fáciles de usar.
"Sin embargo, estas pruebas carecen actualmente de la sensibilidad para detectar niveles muy bajos de biomarcadores. Al reemplazar las nanopartículas de oro de uso común con nanodiamantes fluorescentes en este nuevo diseño y modular selectivamente su ya brillante emisión de luz, hemos podidoseparan su señal de la fluorescencia de fondo no deseada de la tira reactiva, mejorando drásticamente la sensibilidad ".
El coautor, el profesor John Morton, director del Instituto de Ciencia y Tecnología Cuántica UCLQ de UCL, dijo: "Esta colaboración interdisciplinaria entre UCLQ y el equipo i-sense en LCN es una ilustración fantástica de cómo el trabajo fundamental en los sistemas cuánticos,como el centro NV en diamante, pueden evolucionar desde el laboratorio y desempeñar un papel crucial en aplicaciones del mundo real en detección y diagnóstico. Los investigadores de UCLQ están explorando y permitiendo el impacto de estas y otras tecnologías cuánticas trabajando con la industria y otras investigaciones académicasgrupos. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por University College London . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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