Nespresso-maskiner, der brygger espresso og kaffe fra kaffekapsler, kan bruges til covid-test. Manu Padilla / Shutterstock 

Overgangen til hjemmearbejde havde sine udfordringer for os alle, men når dit job involverer forskning i biologiske applikationer til nanoteknologi, er disse forsøg lidt mere komplicerede end at jonglere husstandens bredbåndsbrug. Så udelukket fra hans laboratorium, kan du med rimelighed forvente forskning af organisk kemiker Vittorio Saggiomo, fra gruppen Bionanotechnology på Wageningen University & Research i Holland for at være kommet til en slibning.

Men Saggiomo er en kreativ, fantasifuld type, og derfor begyndte han at spekulere på, om han kunne gøre almindelige husholdningsapparater til god brug i kampen mod COVID-19. Mere specifikt, kunne han oprette en billig, meget følsom hjemmetest for virussen? Det viser sig, at han kunne. Hans team har nu lagt ideen ud på en fortryksserver, ChemArxiv. Papiret skal endnu ikke gennemgås af andre forskere.

I øjeblikket er der to hovedtyper af COVID-19 test: PCR-testen og den laterale flowtest (LFT). Guldstandarden PCR-test kontrollerer for tilstedeværelsen af ​​virussen ved at detektere dens genetiske materiale kendt som RNA. Men der er forsvindende små mængder viralt materiale i en vatpind, så materialet skal omdannes til DNA og amplificeres, før det kan detekteres. Og dette opnås ved "polymerasekædereaktion”, Hvilket er hvad PCR står for.

Processen involverer gentagen cykling gennem en række temperaturer mellem 50 ° C og 90 ° C. I løbet af hver cyklus fordobles mængden af ​​DNA, så efter 30 cyklusser kan der oprettes over en milliard kopier af det virale materiale fra kun en streng af udgangsmaterialet. Det amplificerede materiale detekteres derefter med fluorescerende mærker, der binder sig til de virale DNA-sekvenser.

Som sådan er PCR en meget følsom teknik, men den har brug for specialmaterialer og udstyr til at udføre. Derfor sendes testene til et laboratorium, og det tager en dag eller to at få resultatet.

Den anden almindelige test er lateral flow test (LFT). Disse fungerer ved at opdage fragmenter af virale proteinskaller. Indlejret i strimlerne af LFT'erne er antistoffer, der binder til virussen. Disse antistoffer er mærket med små guldpartikler, der ser røde ud, så du kan se dem på testenheden. De mærkede antistoffer akkumuleres på forskellige bånd på LFT afhængigt af om virussen er til stede eller ej.

LFT'erne er hurtige, billige og nemme at bruge, hvilket gør dem ideelle til fællesskabstest og hjemmetest. Men det er de også ikke nær så følsom som PCR-testene - identificerer de kun personer med høje virale belastninger. Dette betyder, at mange mennesker, der er smittet, får et falskt negativt resultat af sådanne tests.

CoroNaspresso-test

Ideelt set har vi brug for en hjemmetest, der er lige så nem at bruge som LFT'erne, men så følsom som PCR-testen. En fremragende kandidat er en metode, der kaldes loop-medieret isoterm forstærkning (lampe). Dette fungerer efter meget lignende principper som PCR og producerer flere kopier af det startgenetiske materiale - som du kan få fra en vatpind - men har nogle vigtige fordele.

For eksempel kan det kombineres med en praktisk “farveudlæsning”. Når lampens reaktion opstår, forårsager den en stigning i syreindholdet i prøven. Det betyder, at du kan tilføje et stof, der ændrer farve i henhold til pH-værdien i reaktionsblandingen, hvilket giver en visuel indikation af et positivt eller negativt resultat. En anden fordel er, at lampereaktioner udføres ved en fast temperatur (ca. 65 ° C) i stedet for konstant behov for cyklus gennem et temperaturområde.

Ikke desto mindre har Lamp stadig brug for fin temperaturkontrol. Temperaturstyringssystemer - det være sig i en PCR-maskine, et lampeinstrument eller en husholdningsovn - opnås normalt med elektroniske termostater. Imidlertid er det upraktisk at fremstille og sende nye elektroniske enheder, der er specielt designet til hjemmelampetest (især midt i en pandemi). Så Saggiomo forsøgte at finde en vej omkring dette. Han ramte stoffer, der blev kaldt faseændringsmaterialer der absorberer energi (varme), når de smelter og opretholder en konstant temperatur.

Efter at have fundet en voks lavet af et sådant materiale, der smeltede ved nøjagtigt den krævede temperatur, satte Saggiomo sig i gang med at konstruere en enhed til at huse lampens reaktionsrør og klumper af voks. Dette skulle derefter indsættes i noget andet materiale, der kunne opvarmes. Det perfekte hus viste sig at stirre ham i ansigtet, mens han lavede sin morgenkaffe: Nespresso kaffemaskine kapsler.

Det sidste trin var bare at finde den rigtige måde at opvarme kapslerne på. Efter at have prøvet opvaskemaskinen (det fungerede, men prøverne blev ved med at gå tabt), mikrobølgeovnen (mislykkedes, fordi rørene blev overophedet og lågene dukkede af) og kopper fulde med varmt vand (ikke nok temperaturkontrol), Saggiomo slog sig ned på en simpel gryde kogende vand på en komfur. Den resulterende "CoroNaspresso" enhed, når den blev testet af andre medlemmer af teamet med vatpinde fra seks personer, identificerede korrekt tre tilfælde af COVID-19 (disse havde en anden farve end de negative tests).

Hjem covid test. Tweet af @V_Saggiomo

Testen, inklusive kapslerne, faseskiftende voks og hætteglas, hvor genetisk materiale kan indsættes, ville være let at producere i millioner. Folk kunne derefter vatpind for genetisk materiale derhjemme og varme kapslerne for at få deres resultater. Disse enheder er også billige (ca. € 0.20), nemme at lave, nemme at bruge og stort set genanvendelige. Måske får vi snart vist CoroNespresso-testene i vores hjem, bare lad dem ikke forveksles med dine almindelige kaffepuder.

Om forfatteren

Mark Lorch, Professor i videnskabskommunikation og kemi, University of Hull

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

bøger_videnskab