Material erkennt COVID-19 schnell und genau

Forscher haben Graphen – eines der stärksten und dünnsten bekannten Materialien – verwendet, um das SARS-CoV-2-Virus in Laborexperimenten nachzuweisen. Die Entdeckung hat potenzielle Anwendungen im Kampf gegen COVID-19 und seine Varianten.

In Experimenten kombinierten die Forscher Graphenblätter – die mehr als 1.000 Mal dünner als eine Briefmarke sind – mit einem Antikörper, der das Spike-Protein des Coronavirus angreifen soll. Anschließend maßen sie die Schwingungen dieser Graphenschichten auf atomarer Ebene, wenn sie COVID-positiven und COVID-negativen Proben in künstlichem Speichel ausgesetzt wurden. Diese Laken wurden auch in Gegenwart anderer Coronaviren wie dem Middle East Respiratory Syndrome (MERS-CoV) getestet.

Die Vibrationen der Antikörper-gekoppelten Graphenfolie änderten sich bei Behandlung mit einer COVID-positiven Probe, nicht jedoch bei Behandlung mit einer COVID-negativen Probe oder mit anderen Coronaviren. Vibrationsänderungen, gemessen mit einem Raman-Spektrometer, waren in weniger als fünf Minuten offensichtlich.

Graphen – das als „Wundermaterial“ bezeichnet wird – hat einzigartige Eigenschaften, die es sehr vielseitig machen und diese Art von Sensoren ermöglichen. Graphen ist ein einatomiges Material, das aus Kohlenstoff besteht. Kohlenstoffatome sind durch chemische Bindungen verbunden, deren Elastizität und Bewegung resonante Schwingungen, auch Phononen genannt, erzeugen können, die sehr genau gemessen werden können. Wenn ein Molekül wie ein SARS-CoV-2-Molekül mit Graphen interagiert, verändert es diese Resonanzschwingungen auf sehr spezifische und quantifizierbare Weise.

Da das Graphen nur ein Atom dick ist, ist ein Molekül auf seiner Oberfläche relativ riesig und kann eine spezifische Änderung seiner elektronischen Energie bewirken. In diesem Experiment modifizierten die Forscher Graphen mit einem Antikörper und kalibrierten es im Wesentlichen so, dass es nur mit dem SARS-CoV-2-Spike-Protein reagierte. Mit dieser Methode könnte Graphen in ähnlicher Weise zum Nachweis von COVID-19-Varianten verwendet werden.