Bijna de hele wereld leeft al weken in enige mate van afzondering. Het varieert van compleet binnenblijven zoals in Spanje of Italië, tot een intelligente lockdown zoals in Nederland. Toch komen er elke dag weer duizenden mensen bij die besmet zijn met het coronavirus. Zou het virus toch in de lucht kunnen zitten? Ondanks dat dit volgens gerenommeerde virologen tot nu toe als zeer onwaarschijnlijk wordt beschouwd? Zouden we op die manier besmet kunnen raken als we in de supermarkt boodschappen doen? Zelfs als iedereen zich aan de vereiste afstand tot elkaar houdt? Een nieuwe sensor uit Zwitserland zou een antwoord kunnen geven op deze vraag.
Detectie van het coronavirus in de lucht
Een team van onderzoekers van de Zwitserse Federale Laboratoria voor Materiaalwetenschap en Technologie (Empa), ETH Zürich en het Universitair Ziekenhuis Zürich is erin geslaagd een nieuw type sensor te ontwikkelen waarmee het nieuwe coronavirus in de lucht kan worden gedetecteerd. In de toekomst zou deze sensor gebruikt kunnen worden om de concentratie van virussen in het milieu te meten. Bijvoorbeeld op plaatsen met veel mensen of in ziekenhuisbeademingssystemen.
Jing Wang en zijn team bij Empa en ETH Zürich houden zich normaal gesproken bezig met andere onderwerpen. Ze meten en analyseren luchtverontreinigende stoffen, zoals aërosolen en kunstmatig geproduceerde nanodeeltjes. Ze richten zich nu echter op een sensor die SARS-CoV-2 snel en betrouwbaar kan detecteren.
Het team werkt al sinds januari 2020 aan de verdere ontwikkeling van sensoren, toen COVID-19 zich in China begon te verspreiden. Ze gebruiken ze om bacteriën en virussen in de lucht op te sporen. Het doel is om het coronavirus betrouwbaar te identificeren. De sensor is niet in de eerste instantie bedoeld om laboratoriumtests te vervangen. Het kan vooral worden gebruikt om virusconcentraties ‘real time’ in de lucht te meten. Bijvoorbeeld op drukbezochte locaties zoals treinstations of ziekenhuizen.
Optische sensor voor RNA-monsters
De sensor werkt met kleine structuren van goud, zogenaamde ‘nano-eilanden’, op een glazen ondergrond, verklaren de wetenschappers. “Kunstmatig geproduceerde DNA-receptoren, die overeenkomen met specifieke RNA-sequenties van het SARS-CoV-2-virus, worden op de nano-eilanden geënt”.
Het genoom van het coronavirus bestaat uit één enkele RNA-streng. In levende organismen bestaat het uit een dubbele DNA-streng. De receptoren op de sensor zijn dus de complementaire sequenties van de unieke RNA-sequenties van het virus. Ze kunnen het virus betrouwbaar identificeren. De technologie voor het identificeren van het virus heet LSPR (Localized Surface Plasmon Resonance), een optisch fenomeen dat voorkomt in metalen nanostructuren.
Wanneer de nanostructuren worden geprikkeld, moduleren ze het invallende licht in een bepaald golflengtegebied en creëren ze een plasmonisch veld rond de nanostructuur. “Wanneer moleculen zich aan het oppervlak binden, verandert de lokale brekingsindex binnen het geprikkelde plasmonische veld”, leggen de onderzoekers uit. “Met een optische sensor aan de achterzijde van de sensor kan deze verandering worden gemeten om te bepalen of het monster de relevante RNA-strengen bevat”.
Eerste tests succesvol
De eerste proeven met het SARS-CoV-virus, die in 2003 de aanzet gaven tot de SARS-pandemie, waren succesvol. “Tests toonden aan dat de sensor duidelijk de zeer vergelijkbare RNA-sequenties van de twee virussen kan onderscheiden”, legt Jing Wang uit. En de twee virussen – SARS-CoV en SARS-CoV2 – verschillen slechts in geringe mate in hun RNA. Het beste van de nieuwe sensor is dat de resultaten binnen enkele minuten klaar zijn.
Wang zegt echter dat de sensor op dit moment nog niet klaar is om nu al gebruikt te worden. Dit vereist nog enkele ontwikkelingsstappen. Bijvoorbeeld een systeem dat de lucht aanzuigt, de aërosolen in de lucht concentreert en het RNA van de virussen vrijgeeft. Zodra de sensor klaar is, kan het principe niet alleen worden gebruikt voor Covid-19. Het zou ook andere virussen kunnen opsporen en zo ertoe bijdragen dat epidemieën in een vroeg stadium worden opgespoord en gestopt.
