Nespressomaskiner, som brygger espresso och kaffe från kaffekapslar, kan användas för covid-test. Manu Padilla/Shutterstock 

Övergången till hemarbete hade sina utmaningar för oss alla, men när ditt jobb innebär forskning om biologiska tillämpningar för nanoteknik är dessa försök lite mer komplicerade än att jonglera med hushållets bredbandsanvändning. Så utestängd från hans labb, kan du rimligen förvänta dig forskning av organisk kemist Vittorio Saggiomo, från Bionanotechnology-gruppen på Wageningen University & Research i Nederländerna, att ha stannat.

Men Saggiomo är en kreativ, fantasifull typ, och så han började undra om han kunde göra vanliga hushållsapparater till bra användning i kampen mot covid-19. Mer specifikt, kunde han skapa ett billigt, mycket känsligt hemtest för viruset? Det visar sig att han kunde. Hans team har nu lagt ut idén på en förtrycksserver, ChemArxiv. Uppsatsen har ännu inte granskats av andra forskare.

Just nu finns det två huvudtyper av covid-19-test: PCR-testet och lateralt flödestestet (LFT). Gold-standard PCR-testet kontrollerar förekomsten av viruset genom att detektera dess genetiska material som kallas RNA. Men det finns försvinnande små mängder virusmaterial i en pinne, så materialet måste omvandlas till DNA och amplifieras innan det kan upptäckas. Och detta uppnås genom "polymeraskedjereaktion”, vilket är vad PCR står för.

Processen involverar upprepad cykling genom ett temperaturintervall mellan 50°C och 90°C. Under varje cykel fördubblas mängden DNA, så efter 30 cykler kan över en miljard kopior av virusmaterialet skapas från bara en sträng av utgångsmaterial. Det amplifierade materialet detekteras sedan med fluorescerande märkningar som fäster sig till de virala DNA-sekvenserna.

Som sådan är PCR en mycket känslig teknik, men den kräver specialmaterial och utrustning för att utföras. Det är därför som testerna skickas till ett labb och det tar en dag eller två att få resultatet.

Det andra vanliga testet är lateralt flödestest (LFT). Dessa fungerar genom att detektera fragment av virala proteinskal. Inbäddade i LFT-remsorna finns antikroppar som binder till viruset. Dessa antikroppar är märkta med små guldpartiklar som ser röda ut, så att du kan se dem på testenheten. De märkta antikropparna ackumuleras på distinkta band på LFT beroende på om viruset är närvarande eller inte.

LFT:erna är snabba, billiga och enkla att använda, vilket gör dem idealiska för gemenskaps- och hemtestning. Men de är inte i närheten av lika känslig som PCR-tester – de kommer bara att identifiera personer med hög virusbelastning. Detta innebär att många människor som är infekterade kommer att få ett falskt negativt resultat från sådana tester.

CoroNaspresso testar

Helst behöver vi ett hemmatest som är lika enkelt att använda som LFT-erna men lika känsligt som PCR-testet. En utmärkt kandidat kallas en metod loop-medierad isotermisk amplifiering (lampa). Detta fungerar enligt mycket liknande principer som PCR, och producerar flera kopior av det genetiska utgångsmaterialet - som du kan få från en pinne - men har några viktiga fördelar.

Den kan till exempel kombineras med en praktisk "färgavläsning". När lampreaktionen inträffar, orsakar den en ökning av surheten i provet. Det betyder att du kan lägga till ett ämne som ändrar färg efter pH-värde i reaktionsblandningen, vilket ger en visuell indikation på ett positivt eller negativt resultat. En annan fördel är att lampreaktioner utförs vid en fast temperatur (cirka 65°C) istället för att behöva konstant cykla genom ett temperaturintervall.

Ändå behöver lampan fortfarande fin temperaturkontroll. Temperaturkontrollsystem – oavsett om det är i en PCR-maskin, ett lampinstrument eller hushållsugn – uppnås vanligtvis med elektroniska termostater. Det är dock opraktiskt att tillverka och skicka nya elektroniska enheter speciellt utformade för tester av lampor i hemmet (särskilt mitt i en pandemi). Så Saggiomo försökte hitta en väg runt detta. Han slog på substanser som kallas fasförändringsmaterial som absorberar energi (värme) när de smälter och håller en konstant temperatur.

Efter att ha hittat ett vax tillverkat av ett sådant material som smälte vid exakt den önskade temperaturen, började Saggiomo konstruera en anordning för att hysa lampans reaktionsrör och vaxbitar. Detta behövde sedan föras in i något annat material som kunde värmas upp. Det perfekta höljet visade sig vara att stirra honom i ansiktet medan han kokade hans morgonkaffe: Nespresso-maskinkapslar.

Det sista steget var bara att hitta rätt sätt att värma kapslarna. Efter att ha provat diskmaskinen (det fungerade men prover försvann hela tiden), mikrovågsugnen (misslyckades, eftersom rören överhettades och locken hoppade av) och koppar fulla med varmt vatten (inte tillräckligt med kontroll på temperaturen), satte Saggiomo sig på en enkel panna av sjudande vatten på en spishäll. Den resulterande "CoroNaspresso"-enheten, när den testades av andra medlemmar i teamet, med svabbar från sex personer, identifierade korrekt tre fall av COVID-19 (dessa hade en annan färg än de negativa testerna).

Hem covid test. Tweet av @V_Saggiomo

Testet, inklusive kapslarna, fasförändrande vaxet och flaskorna för att infoga genetiskt material, skulle vara lätt att producera i miljoner. Folk kunde sedan svabba efter genetiskt material hemma och värma kapslarna för att få sina resultat. Dessa enheter är också billiga (cirka 0.20 €), lätta att tillverka, lätta att använda och till stor del återvinningsbara. Kanske kommer vi att se CoroNespresso-testerna i våra hem snart, bara förväxla dem inte med dina vanliga kaffekapslar.

Om författaren

Mark Lorch, Professor i vetenskapskommunikation och kemi, University of Hull

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

books_science