Nespresso-machines, die espresso en koffie zetten uit koffiecapsules, kunnen worden gebruikt voor covid-tests. Manu Padilla/Shutterstock
De overstap naar thuiswerken was voor ons allemaal een uitdaging, maar als je voor je werk onderzoek doet naar biologische toepassingen van nanotechnologie, zijn die proeven iets ingewikkelder dan jongleren met het breedbandgebruik van het huishouden. Zo uitgesloten van zijn lab, zou je redelijkerwijs het onderzoek van een organisch chemicus kunnen verwachten Vittorio Saggiomo, van de Bionanotechnology-groep op Wageningen University & Research in Nederland tot stilstand gekomen.
Maar Saggiomo is een creatief, fantasierijk type, en daarom begon hij zich af te vragen of hij gewone huishoudelijke apparaten goed kon gebruiken in de strijd tegen COVID-19. Meer specifiek, zou hij een goedkope, zeer gevoelige thuistest voor het virus kunnen maken? Het blijkt dat hij het kon. Zijn team heeft het idee nu op een preprint-server, ChemArxiv. Het artikel moet nog worden beoordeeld door andere wetenschappers.
Op dit moment zijn er twee hoofdtypen COVID-19-testen: de PCR-test en de laterale flowtest (LFT). De gouden standaard PCR-test controleert op de aanwezigheid van het virus door het genetische materiaal dat bekend staat als RNA te detecteren. Maar er zijn verdwijnend kleine hoeveelheden viraal materiaal in een uitstrijkje, dus het materiaal moet worden omgezet in DNA en geamplificeerd voordat het kan worden gedetecteerd. En dit wordt bereikt door de “polymerasekettingreactie”, dat is waar PCR voor staat.
Het proces omvat herhaalde cyclussen door een temperatuurbereik tussen 50°C en 90°C. Tijdens elke cyclus verdubbelt de hoeveelheid DNA, dus na 30 cycli kunnen meer dan een miljard kopieën van het virale materiaal worden gemaakt uit slechts één streng uitgangsmateriaal. Het geamplificeerde materiaal wordt vervolgens gedetecteerd met fluorescerende labels die zich hechten aan de virale DNA-sequenties.
Als zodanig is PCR een zeer gevoelige techniek, maar er zijn specialistische materialen en apparatuur voor nodig. Dit is de reden waarom de tests naar een laboratorium worden gestuurd en het duurt een dag of twee om het resultaat te krijgen.
De tweede veel voorkomende test is de laterale stromingstest (LFT). Deze werken door fragmenten van virale eiwitomhulsels te detecteren. Ingebed in de stroken van de LFT's zijn antilichamen die zich aan het virus binden. Deze antilichamen zijn gelabeld met kleine gouddeeltjes, die rood lijken, zodat u ze op het testapparaat kunt zien. De gelabelde antilichamen hopen zich op verschillende banden op de LFT op, afhankelijk van of het virus aanwezig is of niet.
De LFT's zijn snel, goedkoop en gebruiksvriendelijk, waardoor ze ideaal zijn voor testen in de gemeenschap en thuis. Maar zij zijn lang niet zo gevoelig zoals de PCR-tests – ze zullen alleen mensen met een hoge virale lading identificeren. Dit betekent dat veel mensen die besmet zijn een vals negatief resultaat krijgen van dergelijke tests.
CoroNaspresso-tests
Idealiter hebben we een thuistest nodig die net zo gebruiksvriendelijk is als de LFT's, maar net zo gevoelig als de PCR-test. Een uitstekende kandidaat wordt een methode genoemd lus-gemedieerde isotherme versterking (lamp). Dit werkt volgens zeer vergelijkbare principes als PCR, waarbij meerdere kopieën van het genetische uitgangsmateriaal worden geproduceerd - die u uit een uitstrijkje kunt halen - maar heeft enkele belangrijke voordelen.
Het is bijvoorbeeld te combineren met een handige “kleuruitlezing”. Wanneer de lampreactie optreedt, veroorzaakt dit een toename van de zuurgraad van het monster. Dat betekent dat je een stof kunt toevoegen die van kleur verandert afhankelijk van de pH-waarde in het reactiemengsel, wat een visuele indicatie geeft van een positief of negatief resultaat. Een ander voordeel is dat lampreacties worden uitgevoerd bij een vaste temperatuur (ongeveer 65 °C) in plaats van dat ze constant door een reeks temperaturen moeten worden gefietst.
Toch heeft Lamp nog steeds een fijne temperatuurregeling nodig. Temperatuurregelsystemen - of ze nu in een PCR-machine, een lampinstrument of een huishoudelijke oven zijn - worden meestal bereikt met elektronische thermostaten. Het maken en verzenden van nieuwe elektronische apparaten die speciaal zijn ontworpen voor het testen van lampen thuis, is echter onpraktisch (vooral tijdens een pandemie). Dus probeerde Saggiomo hier een oplossing voor te vinden. Hij stuitte op stoffen genaamd faseovergang materialen die energie (warmte) absorberen terwijl ze smelten en zo een constante temperatuur behouden.
Na het vinden van een was gemaakt van een dergelijk materiaal dat smolt bij precies de vereiste temperatuur, begon Saggiomo met het bouwen van een apparaat om de lampreactiebuizen en brokken was te huisvesten. Dit moest vervolgens in een ander materiaal worden gestoken dat kon worden verwarmd. De perfecte behuizing bleek hem in het gezicht te staren tijdens het zetten van zijn ochtendkoffie: Nespresso-koffiemachinecapsules.
De laatste stap was gewoon het vinden van de juiste manier om de capsules te verwarmen. Na het proberen van de vaatwasser (het werkte, maar er gingen steeds monsters verloren), de magnetron (defect omdat de buizen oververhit raakten en de deksels losbarstten) en kopjes heet water (niet genoeg controle over de temperatuur), koos Saggiomo voor een simpele pan kokend water op een kookplaat. Het resulterende "CoroNaspresso" -apparaat, getest door andere leden van het team, met uitstrijkjes van zes mensen, identificeerde correct drie gevallen van COVID-19 (deze hadden een andere kleur dan de negatieve tests).
Thuis covid-test. Tweet door @V_Saggiomo
De test, inclusief de capsules, faseveranderende was en flesjes om genetisch materiaal in te brengen, zou gemakkelijk in miljoenen kunnen worden geproduceerd. Mensen konden dan thuis genetisch materiaal uitstrijken en de capsules verwarmen om hun resultaten te krijgen. Deze apparaten zijn bovendien goedkoop (ongeveer € 0.20), gemakkelijk te maken, gemakkelijk in gebruik en grotendeels recyclebaar. Misschien zien we de CoroNespresso-tests binnenkort bij ons thuis, maar verwar ze niet met je gewone koffiepads.
Over de auteur
Mark Lorch, Hoogleraar wetenschapscommunicatie en chemie, Universiteit van Hull
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
books_science
