طیف سنجی رامان و مبارزه با COVID-19

نتایج همه گیر ویروس کرونا از یکی از کشنده ترین عفونت هایی است که این نسل مشاهده کرده است: SARS-CoV-2. این وضعیت موسسات مراقبت های بهداشتی را در سراسر جهان تحت فشار قرار داده و نیاز به روش های سنجش ویروس با توان بالا را برای کمک به تشخیص سریع و به موقع ویروس و بیماری های همراه برجسته کرده است.

شناسایی اولیه برای کنترل همه گیری اساسی است و تکنیک های طیف سنجی نوری ارتعاشی مانند طیف سنجی رامان می توانند کلیدی باشند. این روش نتایج را در زمان واقعی ارائه می دهد و غیر مخرب ، غیرتهاجمی و بسیار خاص است.

طیف سنجی رامان  توضیح داده شده است

وقتی نور به یک نمونه برخورد می کند ، در جهات مختلف پراکنده می شود و بیشتر با همان طول موج نور اصلی نمایش می یابد. با این حال ، گاهی اوقات نور به طور ذاتی پراکنده می شود. این به این معنی است که نور اتفاقی انرژی را به لرزش مولکولی تبدیل کرده و با نمونه تبادل انرژی می کند و طول موج نور را تغییر می دهد.

طیف سنجی Raman فعل و انفعالات بین نمونه و نور را تجزیه و تحلیل می کند تا "اثر انگشت شیمیایی" مواد را کشف کند ، که می تواند برای شناسایی یا توصیف ماده مورد استفاده قرار گیرد.

مبارزه با COVID با طیف سنجی رامان

COVID-19 یک عفونت منتقل شده در هوا است که از طریق مسیرهای مستقیم - سرفه ، عطسه و استنشاق قطره بعدی - یا لمس غشاهای مخاطی بینی ، دهان و چشم ، یعنی راه های تماس منتقل می شود. ثابت شده است که ویروس در مایعات بیولوژیکی انسان - خون و بزاق ، و احتمالاً خلط ، اشک و ترشحات زخم وجود دارد.

این مایعات زیستی حاوی نشانگرهای زیستی است ، علائم خاصی مانند پروتئین ها ، اسیدهای نوکلئیک ، لیپیدها ، کربوهیدرات ها یا هورمون ها که نشانگر وجود عفونت است.

نشانگرهای زیستی COVID-19 یک رشته منفرد از RNA با حس مثبت و پروتئین S است که به گیرنده غشای سلول میزبان متصل می شود و به سلول ها راه می یابد. نشانگرهای زیستی را می توان با آزمایش های خاص مولکولی مانند طیف سنجی رامان تشخیص داد.

این روش قبلاً برای تشخیص HIV و تب دنگ استفاده شده است. بنابراین ، دانشمندان این فرضیه را مطرح می کنند که می توان از آن برای تجزیه و تحلیل نمونه های بیوسیال از افراد بالقوه آلوده به COVID-19 نیز استفاده کرد.

مزایای طیف سنجی Raman نسبت به سایر روش ها

چندین پروتکل تشخیصی برای COVID-19 وجود دارد ، اما هر کدام محدودیت هایی مانند مثبت کاذب یا منفی کاذب دارند.

تست استاندارد طلای فعلی واکنش زنجیره ای معکوس در زمان واقعی ترانس کریپتاز-پلیمراز (RT-PCR) است.

RT-PCR به دنبال ماده ژنتیکی ویروس - RNA - در نمونه گرفته شده از بینی و گلو بیمار است. با این حال ، این یک روش گران ، پیچیده و وقت گیر است. همچنین شامل نمونه های پیش پردازش می شود. مقدار کمی از مواد در نمونه باید با استفاده از آنزیم ها تکثیر شده و با پرایمر یا پروب برچسب گذاری شود.

آنچه مورد نیاز است آزمایش حساس و ارزان برای غربالگری انبوه است. آزمایش ایده آل برای COVID-19 و ویروس های آینده ای که ممکن است ظاهر شوند دقیق است. طیف سنجی Raman می تواند متناسب با این طرح باشد. این ویژگی مولکولی قوی را نشان می دهد و آن را برای پروفایل بیوشیمیایی سلول ها در بیوسیالات و کشت سلول ها مناسب می کند و فقط به یک نمونه کوچک نیاز دارد.

این تکنیک به حداقل آماده سازی نمونه نیاز دارد و به راحتی مقیاس پذیر است. هنگامی که در مقیاس بزرگ اعمال شود ، هزینه ها کاهش می یابد ، به این معنی که می توان آن را به تنظیمات کم منبع افزایش داد. علاوه بر این ، داده ها می توانند نتایج را در یک سیستم کدگذاری رنگی برای موارد سالم ، مشکوک و بیمار نشان دهند که به سرعت آزمایش کمک می کند.

یک روش مبتنی بر Spectroscopy Raman Surface Enhanced Raman - یک روش حساس به سطح که باعث افزایش پراکندگی با استفاده از ویژگیهای پلاسمونیک نانوساختارهای فلزی می شود - نوید بزرگی می دهد ، به ویژه هنگامی که با دستگاه های میکروسیال حاوی میکروکانال های یکپارچه کاربرد یافته با نانولوله های کربنی پوشش داده شده با طلا یا نقره همراه باشد.

این دستگاه ها ذرات ویروس موجود در مایعات بیولوژیکی را بر اساس اندازه آنها به دام می اندازند و با استفاده از امضاهای Raman آنها را شناسایی می کنند. در اوایل بیماری ، هنگامی که سطح نشانگرهای زیستی پایین است ، نزدیکی آنها به نانوساختارهای فلزی باعث افزایش پراکندگی ذرات می شود. دانشمندان ادعا می کنند ، یک مولکول واحد حتی می تواند شناسایی شود ، به لطف انتخاب و حساسیت بالای آزمون.

دانشمندان معتقدند این روش می تواند برای غربالگری افراد علامتی و بدون علامت که می توانند گسترش دهنده بالقوه عفونت باشند ، مورد استفاده قرار گیرد. با این حال ، این روش هنوز به آزمایشات بیشتری برای توسعه ویژگی و حساسیت در برابر RT-PCR نیاز دارد.

آزمایش دوم که توسط محققان دانشگاه آریزونا شمالی ایجاد شده است ، از تنوع SERS - Single Molecule-SERS یا SM-SERS استفاده می کند. این روش برای شناسایی مارکرهای مرتبط با سرطان پستان استفاده شده است. دانشمندان معتقدند این پروتئین می تواند برای شناسایی پروتئین S موجود در مولکول ویروس که در سطح سلول درگیر عفونت است ، سازگار باشد.

دانشمندان می گویند این تست بسیاری از جعبه های مورد نیاز برای یک آزمایش جایگزین عملی را نیز علامت گذاری می کند: این تست ارزان ، سریع ، بسیار انتخابی است و از ویژگی بالایی برخوردار است. علاوه بر این ، قابلیت جابجایی آن امکان استفاده در مناطق دورافتاده و صعب العبور یا ایستگاه های مراقبت در مدارس ، کارخانه ها و مراکز اجتماعی را فراهم می کند.

نتیجه

وضعیت بی سابقه ایجاد شده توسط بیماری همه گیر ویروس کرونا ، نیاز به آزمایش های جدید تشخیصی را نشان می دهد که به سرعت و به راحتی بیماران علامتی و بدون علامت را در حالی که انواع جدیدی از همان عفونت را تشخیص می دهد ، غربال می کند. طیف سنجی رامان ، و تغییرات مبتنی بر این روش ، می تواند تمام نیازهای مورد نیاز یک آزمایش جایگزین را برای کمک به مبارزه با ویروس های کشنده تجربه شده در این قرن برآورده کند.