25 de noviembre de 2020 (Noticias de Nanowerk) Las capacidades de detección cuántica de los nanodiamantes se pueden utilizar para mejorar la sensibilidad de las pruebas de diagnóstico en papel, lo que podría permitir una detección más temprana de enfermedades como el VIH, según un estudio dirigido por investigadores de la UCL en el grupo i-sense McKendry. Las pruebas de flujo lateral en papel funcionan de la misma manera que una prueba de embarazo en el sentido de que una tira de papel se empapa en una muestra de líquido y un cambio de color, o señal fluorescente, indica un resultado positivo y la detección de proteínas virales o ADN. Se usan ampliamente para detectar virus que van desde el VIH hasta el SARS-CoV-2 (las pruebas de flujo lateral para Covid-19 se están probando actualmente en Inglaterra) y pueden proporcionar un diagnóstico rápido, ya que los resultados no tienen que procesarse en un laboratorio. . La nueva investigación, publicada en Naturaleza (“Biodetección de nanodiamantes mejorada por espín para diagnósticos ultrasensibles”), descubrió que los nanodiamantes de bajo costo podrían usarse para señalar la presencia de un marcador de la enfermedad del VIH con una sensibilidad miles de veces mayor que las nanopartículas de oro ampliamente utilizadas en estas pruebas. Esta mayor sensibilidad permite detectar cargas virales más bajas, lo que significa que la prueba podría detectar niveles más bajos de enfermedad o detectar la enfermedad en una etapa más temprana, lo cual es crucial para reducir el riesgo de transmisión de las personas infectadas y para el tratamiento eficaz de enfermedades como el VIH. El equipo de investigación está trabajando en la adaptación de la nueva tecnología para detectar COVID-19 y otras enfermedades en los próximos meses. Un siguiente paso clave es desarrollar un dispositivo portátil que pueda "leer" los resultados, ya que la técnica se demostró usando un microscopio en un laboratorio. También se planean más estudios de evaluación clínica. La autora principal, la profesora Rachel McKendry, profesora de nanotecnología biomédica en la UCL y directora de i-sense EPSRC IRC, dijo: “Nuestro estudio de prueba de concepto muestra cómo se pueden utilizar las tecnologías cuánticas para detectar niveles ultrabajos de virus en una muestra de paciente, lo que permite diagnóstico mucho más temprano. “Nos hemos centrado en la detección del VIH, pero nuestro enfoque es muy flexible y se puede adaptar fácilmente a otras enfermedades y tipos de biomarcadores. Estamos trabajando para adaptar nuestro enfoque al COVID-19. Creemos que esta nueva tecnología transformadora beneficiará a los pacientes y protegerá a las poblaciones de enfermedades infecciosas”. Los investigadores hicieron uso de las propiedades cuánticas de los nanodiamantes fabricados con una imperfección precisa. Este defecto en la estructura altamente regular de un diamante crea lo que se llama un centro vacante de nitrógeno (NV). Los centros NV tienen muchas aplicaciones potenciales, desde biomarcado fluorescente para uso en imágenes ultrasensibles hasta qubits de procesamiento de información en computación cuántica. Los centros NV pueden señalar la presencia de un antígeno u otra molécula diana emitiendo una luz fluorescente brillante. En el pasado, los marcadores fluorescentes estaban limitados por la fluorescencia de fondo, ya sea de la muestra o de la tira reactiva, lo que dificultaba la detección de concentraciones bajas de proteínas virales o ADN que indicarían una prueba positiva. Sin embargo, las propiedades cuánticas de los nanodiamantes fluorescentes permiten que su emisión se module de forma selectiva, lo que significa que la señal se puede fijar a una frecuencia establecida mediante un campo de microondas y se puede separar de manera eficiente de la fluorescencia de fondo, lo que soluciona esta limitación. Los resultados ópticos mostraron una mejora de hasta cinco órdenes de magnitud (100,000 XNUMX veces) en la sensibilidad en comparación con las nanopartículas de oro (es decir, se requirió una cantidad mucho menor de nanopartículas para generar una señal detectable). Con la inclusión de un breve paso de amplificación a temperatura constante de 10 minutos, en el que se multiplicaron las copias del ARN, los investigadores pudieron detectar el ARN del VIH al nivel de una sola molécula en una muestra modelo. El trabajo se demostró en un entorno de laboratorio, pero el equipo espera desarrollar las pruebas para que los resultados puedan leerse con un teléfono inteligente o un lector portátil de fluorescencia. Esto significa que la prueba podría, en el futuro, realizarse en entornos de bajos recursos, haciéndola más accesible para los usuarios. El primer autor, el Dr. Ben Miller (i-sense Postdoctoral Research Associate en el Centro de Nanotecnología de Londres en UCL) dijo: "Las pruebas de flujo lateral en papel con nanopartículas de oro no requieren análisis de laboratorio, lo que las hace particularmente útiles en entornos de bajos recursos y donde el acceso al cuidado de la salud es limitado. Son de bajo costo, portátiles y fáciles de usar. “Sin embargo, estas pruebas actualmente carecen de la sensibilidad para detectar niveles muy bajos de biomarcadores. Al reemplazar las nanopartículas de oro de uso común con nanodiamantes fluorescentes en este nuevo diseño y modular selectivamente su emisión de luz (ya brillante), hemos podido separar su señal de la fluorescencia de fondo no deseada de la tira reactiva, mejorando drásticamente la sensibilidad”. El coautor, el profesor John Morton, director del Quantum Science and Technology Institute (UCLQ) de la UCL, dijo: "Esta colaboración interdisciplinaria entre la UCLQ y el equipo de i-sense en la LCN es una ilustración fantástica de cómo el trabajo fundamental en los sistemas cuánticos, como El centro NV en diamante puede evolucionar desde el laboratorio y desempeñar un papel crucial en las aplicaciones del mundo real en detección y diagnóstico.

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