Phương thức tiếp cận mới được giới thiệu trong một bài báo ngày 16/12/2021 trên tạp chí Nano Letters do nhóm nhà khoa học Changhao Li, nghiên cứu sinh tiến sĩ của MIT, Paola Cappellaro, GS khoa học và kỹ thuật hạt nhân và vật lý, PTS Rouholla Soleyman và PTS Mohammad Kohandel thuộc Đại học Waterloo.
Sử dụng các mô phỏng toán học, các nhà nghiên cứu của MIT có thể thiết kế một cảm biến trên cơ sở vật lý lượng tử, nhanh chóng phát hiện virus SARS-CoV-2.
Những xét nghiệm hiện có để phát hiện virus SARS-CoV-2 bao gồm xét nghiệm nhanh phát hiện các protein virus cụ thể, xét nghiệm phản ứng chuỗi polymerase (PCR) mất vài giờ để xử lý. Cả hai xét nghiệm này đều không thể định lượng được lượng virus hiện diện với độ chính xác cao .
Ngay cả những xét nghiệm PCR tiêu chuẩn cao cũng có thể có tỷ lệ âm tính giả hơn 25%. Ngược lại, phân tích của nhóm nghiên cứu cho thấy, phương pháp xét nghiệm mới có thể có tỷ lệ âm tính giả dưới 1%. Thử nghiệm đủ nhạy để phát hiện chỉ vài trăm sợi RNA của virus trong vòng một giây.
Cảm biến đơn giản, sử dụng vật liệu giá rẻ và có thể xét nghiệm hàng loạt mẫu với độ chính xác cao.
Phương thức tiếp cận mới sử dụng những khuyết tật quy mô nguyên tử trong các mảnh kim cương nhỏ, được gọi là những trung tâm trống nitơ (NV). Những khuyết tật nhỏ bé này cực kỳ nhạy cảm với các nhiễu loạn nhỏ, sử dụng các hiệu ứng lượng tử diễn ra trong mạng tinh thể của kim cương và đang được nghiên cứu để ứng dụng cho nhiều loại thiết bị cảm biến độ nhạy cao.
Phương pháp mới bao gồm việc phủ các viên kim cương nano, chứa các trung tâm NV này bằng vật liệu, ghép từ tính với các viên kim cương nano và được xử lý để chỉ liên kết với trình tự RNA cụ thể của virus. Khi RNA của virus hiện diện và liên kết với vật liệu này, kết nối từ tính bị phá vỡ và gây ra những thay đổi trong huỳnh quang của viên kim cương, có thể dễ dàng phát hiện nhờ cảm biến quang học ánh sáng laser.
Lớp phủ trên cơ sở gadolinium với các phân tử hữu cơ được điều chỉnh bằng RNA có thể được sản xuất, sử dụng những quy trình và vật liệu hóa học thông thường, thiết bị phát tia laser, được sử dụng để đọc kết quả tương tự như thiết bị chỉ thị phát tia laser màu xanh lá cây thương mại giá rẻ.
Theo GS Cappellaro, khi chuyển những tính toán lý thuyết thành một thiết bị làm việc, vẫn có một tỷ lệ lớn âm tính giả thấp hơn được dự đoán từ thiết bị mới, có lợi thế hơn so với những xét nghiệm PCR tiêu chuẩn. Ngay cả khi độ chính xác tương đương, phương pháp này hiệu quả hơn do cho kết quả chỉ trong vài phút, thay vì đòi hỏi vài giờ.
Hơn thế nữa, phương pháp này cơ bản có thể được điều chỉnh với bất kỳ loại virus nào, bao gồm cả những loại virus mới, chỉ đơn giản là điều chỉnh các hợp chất, gắn vào cảm biến kim cương nano phù hợp với RNA của virus cụ thể.
