Developing a Rapid, Simple-to-use Sensory Platform for Detection of Ultralow Concentration of SARS-CoV-2 Viral Particles Enabled by Electrophoretic Enhancement and Redox Cycling

开发快速、简单易用的传感平台,通过电泳增强和氧化还原循环检测超低浓度的 SARS-CoV-2 病毒颗粒

基本信息

项目摘要

Abstract: COVID-19 caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) remains an extraordinary global health crisis in the modern history. Meeting the testing needs for clinical diagnosis remains an unmet global challenge. Simple-to-use, sensitive, and rapid diagnostics are therefore urgently needed for early diagnosis of infection. The objective of this research is to design and demonstrate proof-of-principle of a novel low-cost and simple-to-use electrochemical sensing platform to enable rapid, ultrasensitive and accurate detection of SARS-CoV-2 virions in saliva (with accuracy ≥ 90% and total assay time < 30 min). We propose to achieve high sensitivity through two complementary signal amplification schemes, by electrophoretic concentration of virus-magnetic nanoparticle (mNP) conjugates by applying a small voltage on a set of electrodes with sub-micrometer gap, and amplifying electrochemical current through redox cycling between the same set of electrodes. Importantly, the proposed platform is suitable for commercialization by leveraging a low-cost and scalable fabrication method to create the sensor arrays without using expensive and non-scalable nanofabrication techniques. Fast, sensitive, and accurate detection of viral particles enables better surveillance and control of spread of the infection. The proposed platform is simple-to-use and suitable for point-of-care applications by eliminating tedious RNA extraction steps as in RT-PCR methods. It can enable high-throughput testing by creating sensor array on the same chip with small footprint to simultaneously analyze a multitude of sample droplets. The proposed sensory platform can also be expanded to detect other infectious pathogens, including Dengue and Influenza viruses, bacterial pathogens, etc.
抽象的: 由严重的急性呼吸综合征冠状病毒-2(SARS-COV-2)引起的Covid-19仍然是 现代历史上的全球健康危机。满足临床诊断的测试需求仍然存在 一个未满足的全球挑战。因此,迫切需要简单地使用,敏感和快速诊断。 早期诊断感染。这项研究的目的是设计并证明 新型的低成本和易于使用的电化学传感平台,以实现快速,超敏感和准确的 检测唾液中SARS-COV-2病毒(精度≥90%,总测定时间<30分钟)。 我们建议通过两个完整的信号扩增方案实现高灵敏度 通过在A上施加少量电压,病毒磁性纳米颗粒(MNP)的电泳浓度 具有亚微米间隙的电子集,并通过氧化还原循环扩增电化学电流 在相同的电极之间。重要的是,提议的平台适合通过 利用低成本和可扩展的制造方法来创建传感器阵列而不使用昂贵的和 不可降低的纳米化技术。 快速,敏感且准确地检测病毒颗粒可以更好地监视和控制扩散 感染。提出的平台是易于使用的,适用于通过消除 乏味的RNA提取步骤,如RT-PCR方法。它可以通过创建传感器来启用高通量测试 在同一芯片上的阵列具有较小的足迹,以简单地分析多种样品液滴。这 建议的感觉平台也可以扩展以检测其他感染性病原体,包括登革热和 流感病毒,细菌病原体等

项目成果

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Rapid and sensitive detection of viral particles by coupling redox cycling and electrophoretic enrichment.
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2022.114198
  • 发表时间:
    2022-07-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Butler D;Ebrahimi A
  • 通讯作者:
    Ebrahimi A
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