SARS-CoV-2 algılama yöntemlerinin tasarımı ve uygulamasında nanomalzemeler

Özet

Mevcut COVID-19 pandemisi ile savaşmak için nanomalzemeler, hücrelere kolayca nüfuz etme, virüslerle etkileşime girme ve viral genom üremesini önleme yetenekleri nedeniyle viral enfeksiyonlara, özellikle CoV’lere karşı mükemmel adaylar olarak kabul edilebilir. Ek olarak, nanopartiküllerin kullanımı, küçük örnek hacimlerinde bulaşıcı ajanların, mevcut kullanımdaki teknolojilerden daha düşük maliyetlerle duyarlı, kesin ve hızlı bir biçimde anında saptanmasına izin verir. Erken teşhisteki bu ilerleme, doğru ve hızlı tedaviye izin verir.

Anahtar kelimeler: nanomalzemeler, COVID-19, algılama

1. Giriş

Yeni koronavirüs hastalığı COVID-19’un devam eden patlaması, uzun kuluçka süresi ve önemli bulaşıcılığı nedeniyle dünya çapında dikkatleri üzerine çekiyor. Şiddetli akut solunum yolu SARS-CoV-2 tarafından yönlendirilen pandeminin dünya çapında hızla yayılması, teşhis ve tedavisi için acil bir ihtiyaç yarattı. Sonuç olarak, birçok araştırmacı SARS-CoV-2’yi tespit etmek ve tedavi etmek için en verimli ve uygun yöntemleri bulmaya çalıştı. Sonuç olarak, birçok araştırmacı SARS-CoV-2’yi tespit etmek ve tedavi etmek için en verimli ve uygun yöntemleri bulmaya çalıştı. Ayrıca, yüksek algılanabilirliği ve özgüllüğüne rağmen, özellikle daha düşük viral yük sağlayan nazofaringeal olmayan sürüntü örneklerinde yanlış negatifler belgelenmiştir. Sonuç olarak, daha hızlı ve daha güvenilir yöntemler geliştirmek ve kullanmak çok önemli görünmektedir. Son yıllarda, klinik örneklerdeki virüsleri ve bakterileri tespit etmek için çeşitli nanomalzeme bazlı biyosensörler üretmek için birçok girişimde bulunulmuştur [27][46].

Mevcut ve gelecekteki küresel sağlık tehlikeleriyle mücadele etmek için koronavirüs hastalığı COVID-19’u teşhis etmenin gizli bir yolu oldukça talep edilmektedir. Nanopartiküller, bir platform olarak işlev görerek viral enfeksiyonu yüksek hassasiyetle hızlı bir şekilde teşhis etmek için uygun uygulama ve önemli beklentiler sunar. SARS-CoV 2’yi tespit etmek için altın nanoparçacıklar, manyetik nanoparçacıklar ve grafen (G) gibi nanoparçacıklar uygulandı. Bunlar moleküler temelli tanı süreçleri ve serolojik yaklaşımlar için kullanılmıştır. Nanopartiküller, belirginliği arttırdı ve teşhis için gereken süreyi kısalttı. Evde veya havaalanları ve mağazalar gibi yerlerde kendi kendine teşhisi teşvik eden küçük cihazlarla yürütülebilirler. Bir hastadan, yüzeyden ve havadan alınan virüsle kontamine numunelerin analizi için nanopartikül bazlı yöntemler kullanılabilir [1].

2. SARS-CoV-2’nin mevcut tespit yöntemleri

SARS-CoV-2’nin saptanması için geleneksel yöntemler, ters transkripsiyon polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR), bilgisayarlı tomografi (CT) taraması ve yeni nesil dizilemedir (NGS) [1][26]][40] (Şekil 1 ). RT-PCR ve göğüs BT görüntüleme, COVID-19’u tespit etmede en tipik tanı teknikleridir. Ek olarak, kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar (CRISPR)-spesifik yüksek hassasiyetli enzimatik raportör kilit açma (SHERLOCK), ters transkripsiyon döngüsü aracılı izotermal amplifikasyon (RT-LAMP), enzime bağlı immünosorbent tahlili (ELISA) gibi çeşitli tanı yöntemleri ve dizileme, virüsün kısa sürede gelişmiş tespiti için geliştirilmektedir [1][9]. RT-PCR, koronavirüs tespiti için lider ve en etkili yöntem olarak kabul edilmiştir [1][26].

Şekil 1: Şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2 (SARS-CoV-2) tespiti için şu anda kullanılan geleneksel yöntemler. (A) Ters transkripsiyon polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR). cDNA, tamamlayıcı DNA. (B) Bilgisayarlı tomografi taraması. (C) Enzim bağlantılı immünosorbent deneyi.

2.1. Ters Transkripsiyon Polimeraz Zincir Reaksiyonu (RT-PCR)

RT-PCR, COVID-19 tespiti için büyük ölçüde kullanılmaktadır. Genomik RNA’dan cDNA sentezine dayanır ve bunu amplifikasyon takip eder [26][38]. Diğer nükleik asit serilerinin bir karışımındaki minimal miktarlardaki viral genetik materyalin amplifikasyonu, RT-PCR ile etkin bir şekilde yapılır. Şu anda üst solunum yolu örneklerinde SARS COV-2 tespitinin standart altın tekniğidir. Birkaç çalışmada RT-PCR tabanlı saptama için serum, oküler ve dışkı numuneleri kullanılmıştır. Modern bir yöntem, RT-PCR yapmadan önce sağlık hizmeti sağlayıcıları için invaziv olmayan ve güvenli bir teknik olarak kendi kendine toplanan tükürük örneklerini kullanmıştır. Bu yöntemde, ters transkriptaz, önce küçük bir dizi ardışık primer ve tamamlayıcı DNA (cDNA) üretimi kullanarak RNA viral genomunu DNA’ya dönüştürür. Ardından, bir flüoresan boya veya flüoresan etiketli diziye özgü bir DNA probu, DNA’nın amplifikasyonunu gerçek zamanlı olarak gözlemler. Son olarak, bir floresan veya elektrik sinyali, ardışık amplifikasyon döngülerinden sonra viral cDNA’yı görüntüler [1][9][22].
Geleneksel RT-PCR prosedürleri, tek adımlı veya iki adımlı yaklaşımları içeriyordu. Tek aşamalı yöntemler, primer içeren tek bir tüpü karıştırırken, iki aşamalı prosedür, reaksiyonları yürütmek için birden fazla tüp kullanır. Yine de daha ihtiyatlı ve esnek bir yol sağlar. Ayrıca, daha az başlangıç materyali ile çeşitli hedeflerin miktar tayini için cDNA’yı stoklayabilir. Bununla birlikte, SARS-CoV-2’yi tespit etmede standart yöntem, daha hızlı olduğundan, daha az numune işleme gerektirdiğinden, çalışma süresini kısalttığından ve pipetleme hatalarını azalttığından tek adımlı yaklaşımdır [9][43].

RT-PCR tabanlı algılama, hastaların boğazlarındaki düşük viral yük, RNA örneklerinin yanlış kullanımı veya yeterli dâhili kontrollerin olmaması nedeniyle olabilecek yanlış negatif sonuçlarla da bağlantılıdır [8][9][16]. RT-PCR’ın temel sorunu, RT-PCR’nin kandaki virüs sayısının yetersiz olması nedeniyle göğüs taramalarına duyarlılığının düşük olmasıdır. Ayrıca kandaki virüs sayısının yetersiz olması veya laboratuvar kitinin yanlış olması nedeniyle göğüs taramalarına duyarlılığı düşüktür [26].

2.2. Bilgisayarlı tomografi taraması (BT)

COVID-19’u tespit etmek ve yönetmek için başka bir yöntem, hastanın göğsünün farklı açılardan X-ışını görüntülemesini uygulayan göğüs BT taramasıdır. Radyolojik raporlara göre, BT tarama baskısındaki olağandışı özellikler, COVID-19 istilasından kaynaklanıyor olabilir. COVID-19’lu bir hastanın göğüs taramasında tipik olarak gözlemlenen özellikler, özellikle periferik ve daha alt loblarda buzlu cam opaklaşması (GGO, konsolidasyonlar (altta yatan damarların kapsanmasına neden olan parankim opaklığında artış), çılgın kaplama deseni (İnterlobüler ve intralobüler septal kalınlaşma ile GGO) ve doğrusal opasitelerdir. Yüksek çözünürlüklü BT, enfeksiyonun erken aşamalarında GGO’ları tespit etmeye yardımcı olabilir [9][26][40].

RT-PCR pozitif hastalarda (çeşitli vaka çalışmalarında %86-97) BT duyarlılığının arttığı ve sadece yapısal ve solunumla ilgili olmayan semptomları olan hastalarda (yaklaşık %50) daha düşük olduğu görülmektedir. Ultrason, çok az sayıda vakada tanı aracı olarak kullanılmıştır. Ultrasonun özgüllüğü çok düşüktür ve hastalık yoğunluğu, hasta ağırlığı ve operatörün el becerisi gibi faktörlerden etkilenmesine rağmen duyarlılığın yaklaşık %75 olduğu tahmin edilmektedir. Ancak ultrason, interstisyel akciğer hastalığı özelliklerinin saptanması yoluyla hastalığın ilerlemesini gözlemlemede rol oynayabilir [26].

2.3. SHERLOCK

RT-PCR ve BT taramalarının yanı sıra, SARS-CoV-2 tespitleri için çeşitli başka tespit teknikleri de geliştirilmiştir. Gupta vd. [9]’da açıklandığı gibi SHERLOCK, Zhang ve diğerleri [45] tarafından “girişin 10–100 kopya/µl’si ile SARS-CoV-2’nin RNA fragmanlarını saptamak için geliştirilmiştir. SHERLOCK tabanlı tanılamanın temel ilkesi, CRISPR tabanlı algılamadır. Bu test, belirli aletler gerektirmeden < 60 dakika içinde gerçekleştirilebilir. SARS-CoV-2 genomundan S geni ve Orf1ab geni olmak üzere iki hedef seçtiler. Diğer solunum yolu virüsü genomlarıyla çapraz reaktiviteyi en aza indirmek için ayrıca belirli kılavuz diziler seçtiler.”[9]

2.4. RT-LAMBASI

Optimize edilmiş bir RT-LAMP tabanlı algılama yöntemi, geleneksel PT-PCR yöntemlerinden daha fazla duyarlılığa sahiptir ve daha az zaman gerektirir (Şekil 2). Sonuç olarak, bu süreç koronavirüsü hızlı bir şekilde teşhis etmek ve test kapasitesini 2-2,5 kat artırmak için kullanılabilir [9][13].

Şekil 2: Acil durumlar (ayakta tedavi görenler) ve yatan hastalar için RT-PCR’ye göre RT-LAMP testimizin iş akışı karşılaştırması. RT-LAMP testimiz, RT-PCR testlerinden 2–2,5 kat daha hızlıdır ve oda sıcaklığında gönderilebilir.

Gupta vd. [9], Şekil 3’te SARS-CoV-2 enfeksiyonunu saptamak için kullanılan mevcut teknikleri özetlemiştir [9].

Şekil 3: Şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2 (SARS-CoV-2) tespiti için kullanılan mevcut teknikler.

3. SARS-CoV-2 tespiti için nanomalzemeler

Ters transkripsiyon-polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) ile nükleik asit testi, COVID-19 enfeksiyonunu tespit etmek için mevcut yöntemdir. RT-PCR, COVID-19’u tespit etmek için yaygın olarak kullanılsa da, bazı sorunlar vardır [3][14]][29][35].

1. Yanlış-negatif sonuçlar
2. Uzun yanıt süreleri/Zaman alıcı
3. RT-PCR, toplanan örneklerde gözlemlenebilir SARS-CoV-2’nin varlığını gerektirdiğinden asemptomatik hastaları tespit edemez.
4. Zayıf analitik hassasiyet
5. Yoğun işgücü
6. Kentsel olmayan ortamlardaki sağlık merkezleri, artan numune çıktısını karşılamak için yeterli PCR altyapısına sahip değil
7. Masraflı
8. RT-PCR kitlerinin ve reaktiflerinin mevcudiyeti artan talebi karşılayamaz

Mevcut durum, hızlı, uygun maliyetli ve kullanımı kolay algılama tekniklerinin geliştirilmesini gerektirmektedir. Geleneksel yöntemlerin sınırlamalarının üstesinden gelmek için gelişmiş bir multidisipliner yaklaşıma ihtiyaç vardır. Nanomateryal tabanlı teknolojik çözümler, virüse karşı savaşmak için çeşitli olası uygulamalar sunar [10][32].

3.1. Nanomalzemelerin özellikleri

Nanopartiküllerin benzersiz özellikleri, pandemi ile mücadelede ve gelecekteki salgınları hafifletmede kritik bir rol oynamaktadır. Nanopartiküller, aşağıdaki gibi ayırt edici özellikler gösterir:

• küçük boyut
• çözünürlük
• çok işlevlilik
• hedef yeteneği
• uyarıcıya duyarlı özellikler
• geniş yüzey alanı
• yüzey uyumluluğu

Bu nedenle analitik kimya, eczacılık, algılama/biyoalgılama, biyoteknoloji, nanotıp, ilaç dağıtımı, biyolojik saptama, gen transferi, optik, yara iyileşmesi, enerji temelli uygulamalar, tarım ve çevre uygulamaları gibi çeşitli alanlarda çeşitli uygulamalar için yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Nanopartiküller, giyilebilir elektronikler de dâhil olmak üzere minyatürleştirilmiş bir makineye geçiş için önemli bir beklenti ile artan performans sağlayarak bu uygulamaları geliştirdi. Bu nedenle, erken tespit yoluyla viral yayılımı düzenleyerek yaşam kalitesini artırmak için muazzam bir potansiyel gösterirler. Nanoparçacıkların nanometre aralığında en az bir boyutu vardır (1 nm =10-9) Şekil 4 [1][15][15]][30][36].

Şekil 4: Bazı örneklerle nanoparçacıkların ölçeği

Nanopartiküllerin yüksek yüzey-hacim oranı, yüksek adsorpsiyon, kuantum boyutu etkileri ve yüksek reaktivitesi, numune analitleri ile verimli etkileşime izin verir. Ayrıca, virüs tespiti için en son teknolojilere dâhil edilmeleri için uygun hale getiren olağanüstü çoğullama yeteneklerine sahiptirler. Ayrıca, nanopartiküller yüzey işlevselleştirme kolaylığı sunar, bu da çoklu ligandların kovalent veya kovalent olmayan bağlanma yoluyla eklenebileceğini düşündürür, bu da seçiciliği ve özelliği daha da geliştirir ve algılama süresini azaltır. Ek olarak, nanomalzemeler, çok düşük büyüklükteki sinyallerin tespit edilmesine yardımcı olan sinyalleri iyileştirmek için etiketler olarak da kullanılabilir [32].

3.2. Nanomalzeme kategorileri

Virüs enfeksiyonu mekanizmalarının aydınlatılmasına katkıda bulunan virüs tespiti ve takibi için çeşitli nanomalzemeler oluşturulmuştur, örneğin [1]:

• Metalik nanoparçacıklar, örneğin altın nanoparçacıklar (Au NP’ler), gümüş nanoparçacıklar (Ag NP’ler)
• Metal oksit nanoparçacıklar, örneğin demir oksit manyetik nanoparçacık (Fe3O4 NP’ler)
• 0 boyutlu (0D, örneğin fullerenler (C60), karbon noktaları (C noktaları)), 1D (karbon nanotunes (CNT’ler), 2D (örn. grafen (G), grafen oksit (GO) ve 3D dahil olmak üzere karbon nanomalzemeler (örneğin, grafit).
• Kuantum noktaları (QD’ler): CdS QD’ler, CdTe QD’ler, karbon QD’ler
• Gözenekli malzemeler: metal-organik çerçeveler (MOF’ler), kovalent organik çerçeveler (COF’ler)
• Polimerler: doğal polimerler (örn., kitosan, selüloz) ve sentetik (örn., politiyofen, polipirol)
• Lipid nanoparçacıkları (LNP’ler): trigliseritler, yağ asitleri, steroidler ve mumlar

Şekil 5: Nanomateryal tabanlı COV algılama yöntemlerinin farklı örneklerini gösteren şematik diyagramlar. (a) Floresan Zr QD’ler ve manyetik nanopartiküller, spesifik olarak COV’ye bağlanan antikorlarla konjuge edilir. COV varlığında, manyetik olarak izole edilen ve flüoresans ölçümleriyle tespit edilen bir manyetik flüoresan kompleksi oluşur. (b) Nanotrap’lar, COV’yi konsantre etmek ve kararlılıklarını geliştirmek için kullanılır, dolayısıyla tespitlerini kolaylaştırır. (c) Ters transkripsiyon PCR, nanopartiküllerin varlığında gerçekleştirilir, bu da polimeraz zincir reaksiyonunun etkinliğini arttırır ve bu yöntemin daha iyi bir algılama hassasiyeti ile sonuçlanır. (d) Ag NP’ler arasında bir ayrılma ve iyi dağılmış Ag’nin lüminesansı ile ilişkili sarı bir renk ile sonuçlanan, Ag NP’nin yüzeyindeki COV’den kaynaklanan tamamlayıcı DNA ile acpnPNA probu arasındaki etkileşimlere dayanan COV saptama yöntemi NP’ler, COV varlığını daha da ortaya koyuyor.

Şekil 6: Farklı nanoparçacıklar

Nanomalzemeler, COVID-19 için çeşitli rollerde kullanılabilir. Rasmi vd., nanomalzemelerin fonksiyonlarını ve birincil rolünü aşağıdaki tabloda özetlemektedir (Şekil 7) [30].

Şekil 7: COVID-19 için nanomalzemeler üzerindeki rolün özeti

3.2.1. Altın NP’ler (Au NP’ler)

Altın nanoparçacıklar (AuNP’ler), artan yok olma katsayıları ve ayarlanabilir lokalize yüzey plazmon rezonansı (LSPR) gibi olağanüstü optik özellikleri nedeniyle SARS-CoV-2 algılama platformlarında giderek artan bir şekilde kullanılmaktadır ve basit bir ekipman veya çıplak gözle ayrı bir renk okumasına izin vermektedir. SARS-CoV-2 antikor tespiti için (IgG, IgM veya IgA), AuNP- ve floresan nanopartikül bazlı testler önerilmiştir [17].

Altın nanoparçacık (AuNP’ler), hızlı teşhis için en tipik olarak kullanılan nanomalzemelerden biridir. Altın nanoparçacık, hedef virüslerin çift sarmallı DNA’sını (dsDNA) saptamak için kullanıldı. Spesifik olarak, tek iplikli DNA (ssDNA) veya ssRNA, AuNP yüzeyinde sitrat iyonları ile etkileşime girebilir. Çözeltiye tuz eklenmesi parçacıkları stabilize edebilir ve rengi değiştirebilir. Ayrıca, ssRNA’dan geliştirilen SARS-CoV tabanlı dsDNA’yı saptamak için basit bir kolorimetrik hibridizasyon tahlili uygulandı. Bu tahlil, herhangi bir hantal cihaza ihtiyaç duymadan 10 dakikada 4.3 nM’de hedefi görebilir [18][30].

Renk değiştirme yaklaşımı

Başka bir analiz, COVID-19 virüsünü karmaşık araçlar olmadan görsel olarak tespit etmek için bir yöntem sundu. Kolurimetrik algılama, açıkça N genleri için amaçlanan tiyol ile modifiye edilmiş antisens oligonükleotitler (ASO’lar) kaplı AuNP’ler kullanılarak tasarlanmıştır. Tiyol ile modifiye edilmiş ASO-cap AuNP’leri, SARS-CoV-2 hedef RNA dizisinin varlığında seçici olarak toplandı ve yüzey plazmon rezonansında bir modifikasyon sağladı. Sonuç, 0.18 ng/μL saptama sınırı ile 10 dakikada gözlemlenebilir [23][30].

Şekil 8: Uygun Olarak Aracılık Edilen SARS-CoV-2 RNA’sının Seçici Çıplak Göz Tespiti için Şematik Gösterimi

COVID-19’un etkili tespiti, Au bağlayıcı polipeptitler kullanılarak Au yüzeyindeki proteinlerin hareketsiz hale getirilmesiyle geliştirilmiştir. Örnek olarak geliştirilmiş yeşil floresan proteini, SARS-CoV-E proteini ve Streptomyces avidinii’nin çekirdek streptavidin’i kullanılarak, Au-bağlayıcı polipeptit füzyon proteini AuNP üzerinde açıkça hareketsizleştirildi ve çıplak Au yüzeyindeki protein nano desenleri gösterildi. Bu kompleksler, antikor ile etkileşime girerek absorbans ve renk değişimine neden olur [25][30].

 Non-invaziv yaklaşım

COVID-19’un invaziv olmayan yaklaşımlar kullanılarak tespiti, AuNP tabanlı bir sensör kullanılarak verilen nefesten önerilmiştir. Sensör, organik ligandlara ve inorganik nanomateryal filme bağlı farklı AuNP’den oluşuyordu. İnorganik film elektriksel iletkenlikten sorumludur. Bu nedenle, solunan nefesten uçucu organik bileşiklere (VOC’ler) maruz kaldığında, organik film VOC’lerle reaksiyona girerek inorganik filmin şişmesine veya büzülmesine ve elektriksel iletkenlikte değişikliklere neden olur. Bu nedenle, bu non-invaziv sensör potansiyel olarak COVID-19’u hızla taramak için kullanılabilir [30][32].

Elektrokimyasal hibridizasyon yaklaşımı

AuNP’ye dayalı bir elektrokimyasal hibridizasyon yöntemi, biyotinlenmiş hedef DNA’yı hibridize etmek için AuNPs karbon elektrotu üzerinde hareketsiz hale getirilmiş bir tiollenmiş DNA probundan oluşan bir gen sensörü kullanılarak tanımlandı. AuNP dizisinden oluşan bir karbon elektrot aracılığıyla bir elektrokimyasal çip sunuldu. Koronavirüs proteini bir AuNP elektrotuna bağlandı ve hem koronavirüs proteini hem de serbest virüsler, antikorların varlığında bağlanma bölgeleri için rekabet ediyor. Sensör yanıtı ile 0,001 ila 100 ng mL-1 arasında değişen koronavirüs konsantrasyonları arasında mükemmel bir doğrusal reaksiyon vardır. Test, 1,0 pg mL-1 kadar düşük saptama sınırına ulaştı. Yöntem tek adımlı, hassas ve kesindir (Şekil 9) [17][30].

Şekil 9: COV immünosensör dizi çipi (a), immünosensör fabrikasyon adımları (b), virüs için rekabetçi immünosensör tespit süreci (c).

İmmünokromatografi yaklaşımı

İndirekt immünokromatografi yaklaşımıyla COVID-19’a karşı IgM’nin hızlı tespiti için bir lateral akış testi tasarlanmıştır. SARS-CoV-2 nükleoproteini (SARS-CoV-2 NP), hedef yakalama için analitik bir zar üzerine kaplandı ve anti-insan IgM, bir tespit raportörü olarak AuNP’ye konjuge edildi. AuNP-LF analizi, diğer virüslerin müdahalesi olmadan IgM tespitinde dikkate değer bir seçicilik sergiledi. Her test için yalnızca 10–20 μL serum gerekir ve sonuç 15 dakika içinde alınabilir [12][30].

3.2.2. Kuantum Noktaları (QD’ler)

Kuantum noktaları (QD’ler), COVID-19 virüsüne karşı savaşabilen çok yönlü mekanizmalardır. “Yarı iletken nanomalzemeler” olarak da bilinen kuantum noktaları (QD’ler), COVID-19 tespitinde hayati bir rol oynamaktadır. QD’ler moleküler görüntüleme için yeni bir floresan prob olarak kabul edilmiştir. QD’lerin boyutu 1 ila 10 nm arasında değişir. Büyük optik ve yarı iletken özellikleri, örneklenmiş fotostabilite, yüksek kuantum verimi ve ayarlanabilir boyutta dar emisyon spektrumu dahil olmak üzere QD’lerin istisnai özellikleri, onları bir floresan etiket olarak çalışmak için önemli bir aday haline getirmiştir. Bu olağanüstü özellikleri nedeniyle, QD’ler viral enfeksiyonlara karşı savaşmak için harika bir ajan olarak kabul edilebilir. Ayrıca, olası biyouyumlu taşıyıcıları dahil etmek, disiplinler arası çalışmaya yardımcı olabilir ve virüsle savaşmak için klinik yaklaşımlara izin verebilir. Üstün özellikleri nedeniyle, QD’ler artık algılama için baskın görüntüleme problarıdır (kemosensörler ve biyosensörler).

QD’ler, belirli bir ışık dalga boyu altında izlenebilirlikleri nedeniyle kullanılır. Ek olarak, QD’ler, 60 ila 140 nm arasında bir boyut aralığı ile SARS-CoV-2’yi verimli bir şekilde hedefleyen/nüfuz eden istenen boyuta (1-10 nm) ve şekle ayarlanabilir. Ayrıca, karbon bazlı QD’lerin pozitif yüzey yükü, SARS-CoV-2’nin S proteinini ayırmak/devre dışı bırakmak için kullanılabilir. Ek olarak, QD’ler tarafından sergilenen katyonik yüzey yükleri, virüsün negatif RNA zinciri ile etkileşime girerek, SARS-CoV-2 içinde reaktif oksijen türlerinin üretimine yönelir [21].

SARS-CoV N proteininin hassas ve hızlı tespiti için geliştirilmiş bir çip üzerinde 0,1 pg mL-1 tespit limiti ile QD-konjuge RNA aptamer bazlı bir çip tanıtıldı. QD-konjuge RNA aptameri, çip üzerinde immobilize edilmiş SARS-CoV N proteinine bağlanarak bir optik sinyal oluşturabilir. Floresan bazlı QD’lerin kullanımı, araştırmacıların COVID-19 için kolay, hassas ve hızlı bir teşhis aracı tasarlamasına yardımcı olabilir [30][31].

Şekil 10: AuNP=LF Strip’in Çalışma Prensibinin Açıklaması

QDs are employed due to their traceability under a specific wavelength of light. In addition, QDs can be tunable into the desired size (1–10 nm) and shape that efficiently targets/penetrates SARS-CoV-2 with a size span between 60 and 140 nm. Furthermore, the positive surface charge of carbon-based QDs could be utilised to sequester/disable the S protein of SARS-CoV-2. In addition, cationic surface charges exhibited by QDs interact with the negative RNA strand of the virus, directing to the production of reactive oxygen species within SARS-CoV-2 [21].

A QD-conjugated RNA aptamer-based chip was introduced for sensitive and rapid detection of SARS-CoV N protein with a detection limit of 0.1 pg mL−1 on a developed chip. The QD- conjugated RNA aptamer can bind to the SARS-CoV N protein immobilized on the chip, creating an optical signal. The use of fluorescent-based QDs may help researchers in designing an easy, sensitive and rapid diagnostic tool for COVID-19 [30, 31].

Şekil 11: QD’lerin SARS-CoV-2 üzerinde uyguladığı eylemlerin şematik gösterimi. QD, kuantum nokta; S proteini, spike proteini; SARS-CoV-2, şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs tip 2

Karbon kuantum noktaları

Karbon kuantum noktaları mikropları, biyomolekülleri ve enfeksiyonları algılamak için (CQD’ler) kullanılabilir. Ek olarak, antiviral aktiviteye sahip baskın görüntüleme probları (kemosensörler ve biyosensörler) olarak patojenik insan koronavirüs enfeksiyonları için biyouyumlu inaktivasyon sistemleri olarak kullanılabilirler. CQD’ler, karbon öncüllerinin hidrotermal karbonizasyonu yoluyla üretilmiş, suda yüksek çözünürlüğe sahip ve yaklaşık 10 nm’dir, Koronavirüsleri tespit etmeye yönelik bazı yenilikçi yaklaşımlar, CQD’lerin uygulanmasına odaklanmıştır. Bir yöntemde, insan koronavirüs bulaşmalarını iyileştirmek için yedi tip CQD’nin antiviral aktiviteleri kullanıldı. Hidrotermal karbonizasyon ve boronik asidin konjugasyonu ile farklı CQD türleri kullanıldı. Virüs inhibisyonunun, muhtemelen virüsün giriş reseptörleri ile CQD’ler çalışma grupları arasındaki değişimden kaynaklandığı açıklandı [10].

Zirkonyum kuantum noktaları (Zr QD’ler)

Zirkonyum, mekanik stabilite, termal esneklik ve UV ışığı yakalama gibi özelliklerinden dolayı toksik olmayan bir geçiş olarak birçok biyomedikal alanda kullanılmıştır. Ayrıca, Zr’nin nano boyutu, yüksek yüzey alanı ve yığın rejimine kıyasla elektronik durumların tutsaklığı nedeniyle benzersiz fiziksel ve kimyasal yönlere sahiptir [10].

Genel olarak, QD’lerin koronavirüse karşı kullanılması, olağanüstü iyileştirici etkinliği nedeniyle en uygun seçeneklerden biridir. Ayrıca, QD’ler tanı ve prognostikte sağlam bir görüntüleme probu ve sensör olarak kullanılabilir. Ek olarak, ilaçlar COVID-19’u hedeflemek için QD’lerin yüzeyine kaplanabilir. Bununla birlikte, renal filtrasyondan ve ek yan sonuçlardan kaçınmak için dikkatli olunmalıdır.

3.2.3. Karbon Bazlı Nanomalzemeler

Karbon malzemeler, bir uygulama kombinasyonu için kullanılabilecek bol ve ağırlıksız kumaşlar oldukları için günlük hayatımızın her alanında işlevseldir. Karbon bazlı nanomalzemeler, boyutlarına göre (D), karbon noktaları gibi sıfır-D (0D), CNT’lerde olduğu gibi bir-D (1D) ve grafen nanoyapılarda iki-D (2D) olarak kategorize edilebilir. Bu nanomalzemeler, aşırı çevresel durumlarda bile daha kapsamlı çalışma sıcaklığı, algılanabilirlik ve daha geniş dinamik dönüştürücü sinyal aralığı sağlar [24].

Karbon bazlı nanomalzemeler, COVID-19 tespiti için bir platform geliştirmede yaygın olarak kullanılmaktadır. Olağanüstü fizikokimyasal ve antiviral özellikleri, nanomalzemelerin COVID-19’a karşı hayati bir rol oynadığını göstermektedir. Başta algılama, antiviral ve antimikrobiyal özellikler olmak üzere mükemmel özelliklere sahip grafen ve grafen oksit, karbon kuantum noktası, karbon nanotüp ve fulleren dahil olmak üzere bu nanomalzemeler COVID-19’a karşı teşhis, antiviral kaplama, havadaki virüs filtrasyonu, yüz maskesi ve ilaç dağıtımı için biyosensörde potansiyel uygulamalarla üstün seçeneklerdir [10][24][30].

 Grafen ve grafen oksit

Nanomalzeme grafen ve grafen oksit iki boyutlu, antimikrobiyal ve antiviral özellikleri olan, çok fazla farkındalık ve inceleme alanına sahiptir. İlk olarak, klinik nazofaringeal numunelerde COVID-19 viral yükünü analiz etmek için içilebilir sensörler olarak grafen bazlı alan etkili transistörler (FET), spike proteinine karşı benzersiz antikorlar kullanılarak geliştirilmiştir. Üretilen FET sensörleri, fosfat tamponlu salin ve 100 fg mL−1 tıbbi transfer sistemindeki SARS-CoV-2 spike proteinini, kültürlü numune ve tıbbi test için sırasıyla 1fgmL−1 konsantrasyonu ve tespit ~1.6×101 pfu mL-1 ve ~2.42×102 pfu mL-1 sınırında yakalayabilir. Bu sensör, herhangi bir numune ön işleme tabi tutulmadan yeni koronavirüs hastalığı 2019’un taranması ve teşhisine oldukça duyarlıdır. Grafenin varlığı, gelişmiş bir sinyal-gürültü oranına yol açar [10].

Şekil 12: Nanobiyosensör geliştirme için karbon nanomalzemelerin belirli allotroplarının şematik gösterim

Karbon nanotüpler

Karbon nanotüpler (CNT’ler), aşağıdaki özellikleri ve bilimsel gelişim için yeni ufuklar açması nedeniyle biyoloji ve biyomedikal bilimler için yaygın olarak uygulanmıştır [10]:

• 10− 100 nm boyutları,
• antiviral ve antimikrobiyal aktivite
• iyi ışık-ısı dönüşüm verimliliği
• geniş yüzey hacim oranı
• hafif yoğunluk
• küçük gözenek boyutu
• esneklik
• asitlere ve bazlara karşı direnç
• büyük mekanik güç
• reaktif oksijen türleri oluşturma yeteneği
• solunum damlacıklarına karşı direnç
• çeşitli ilaçlarla biyolojik uyumluluk

Karbon noktaları 2004’te bulundu ve genellikle fotolüminesans, biyo-uyumluluk ve yüksek esnekliğe sahipler ve bunları biyoalgılama ve biyo-görüntüleme dahil olmak üzere çeşitli uygulamalara yatkın hale getiriyorlar. Karbon nanotüpler (CNT’ler), grafen ve karbon noktaları (CD’ler) sıfır-(0D), bir-(1D) ve iki-(2D) boyutlu karbon nanomalzemeler olarak sınıflandırılabilir [10] [30].

Şekil 13: SARS-CoV-2 enfeksiyonunun önlenmesi, teşhisi ve tedavisinde CNT’lerin gelecekteki beklentileri

Yüksek depolama alanı, yüksek yüzey alanı, yüksek biyouyumluluk, biyolojik bariyerlerin mükemmel geçirgenliği, makul biyo absorpsiyon oranı, çok enerjili yüzey/tüp kimyasal fonksiyonel grup kapasitesi ve hedeflenen biyomolekül modifikasyon potansiyeli, COVID-19 ile karşılaşan yeni öneriler sunan CNT’lerin mükemmel özellikleridir. Benzer şekilde, CNT’ler teşhis sistemleri, filtreleme ve virüs inaktivasyon ajanı olarak kullanılır [10].

Ham örneklerden virüsleri zenginleştirmek ve konsantre etmek için CNT boyutu ayarlanabilir bir zenginleştirme mikro cihazı (CNT-STEM) tasarlanmıştır. CNT’ler, SARS-CoV-1 ve SARS-CoV-2 dahil olmak üzere solunum yolu virüslerini teşhis etmek için kullanılabilir. Mikro cihazdaki kanal yan duvarı, nitrojen katkılı çok duvarlı CNT’ler tarafından üretildi, burada CNT’ler arasındaki intratübüler boşluk, farklı virüslerin boyutuna karşılık gelecek şekilde optimize edildi. Bu cihaz kullanılarak kuş gribi virüsü suşu belirlendi. CNT-STEM, virüs izolasyon oranlarını ve algılama algısını önemli ölçüde iyileştirir. Bu tekniğin kolaylığı ve güvenilirliği nedeniyle, SARS-CoV-2 RNA veya proteinlerini tespit etmek için ayarlanabilir [30][44].

Şekil 14: Alan örneklerinden virüs zenginleştirme ve uyumunun çalışma prensibi. (A) Virüsler (mor küreler) içeren dosyalanmış bir numune, bir pamukla veya bir doku numunesi olarak toplanır. (B) Alan örneğinin süpernatantı CNT-STEM içinden akar ve virüsler cihaz içinde zenginleştirilir. Ek (sağ): Hizalanmış N-MWCNT’ler tarafından boyuta dayalı virüs zenginleştirmesinin resmi. Ek (sağ alt): Hizalanmış N-MWCNT’lerin içinde hapsolmuş H5N2 AIV viryonlarının SEM görüntüsü (ölçek çubuğu, 100 nm). Ek (sol alt): Hizalanmış N-MWCNTs yapıları CNT-STEM’den alındıktan sonra zenginleştirilmiş H5N2 AIV’nin karanlık alan TEM görüntüsü (ölçek çubuğu, 100 nm).

Nano elmaslar

Nanodiamonds, yüksek stabilitesi ve düşük sitotoksisitesi nedeniyle COVID-19 teşhisi için büyük ilgi görmüştür. Bu nedenle, floresan nano elmaslar, COVID-19 yanal akış immünoassay için ultrasensitif bir etiket olarak kullanıldı. Bu nano elmaslar test hattında hareketsizleştirildi ve floresan sinyallerini arka plan sinyalinden seçici olarak ayırmak için bir mikrodalga alanı kullanıldı, bu da algılama hassasiyetini önemli ölçüde arttırdı. Bu tahlil, geleneksel altın-nanoparçacık bazlı yanal akış tahlilinden 105 kat daha hassastı. Karbon bazlı nanomalzemeler, COVID-19 için antiviral bir terapötik ajan olarak kullanılabilir [30].

3.2.4. Manyetik NP’ler (MNP’ler)

Tespitten önce, manyetik NP’ler (MNP’ler) tipik olarak SARS-CoV-2’yi, konak antikor yanıtını ve nükleik asit ayrılmasını tespit etmek için kullanılır. Silika kaplı demir oksit NP’lerin, çatlak virüsü açtığı için SARSCoV-2 RNA ile önemli bir ilişkisi olduğu gösterilmiştir. Mıknatıs, RNA kaplı NP’leri numune çözeltisinden izole etmek için kullanıldı. Bu yöntem ekonomik ve basittir, hasta örneklerinden RNA’nın verimli bir şekilde çıkarılmasını sağlar [15] [30].

Hassas tespit, nükleik asitlerin numunelerden verimli bir şekilde çıkarılmasını ve ayrılmasını talep ederek hedef saflaştırmaya izin verir. Bir çalışmada SARS-CoV hedef dizisine tamamlayıcı bir prob ile konjuge edilmiş süperparamanyetik nanopartiküller (80 nm) kullanıldı. Bir mıknatıs kullanarak, işlevselleştirilmiş süperparamanyetik nanoparçacıklar, örneklerden hedef cDNA’yı çıkarabilir. Ekstrakte edilen DNA miktarı, tamamlayıcı bir dizi ile konjuge edilmiş silika kaplı floresan nanopartiküller kullanılarak test edilen PCR yoluyla artırıldı. Silika kaplı floresan NP’ler, doğrudan hedef cDNA’nın konsantrasyonuyla ilişkili floresan sinyalleri üretir [30].

Yüzey işlevselleştirilmiş MNP’ler, lizis solüsyonundan nükleik asidi adsorbe eder ve harici bir manyetik alan yardımıyla kontaminasyonların çoğundan hızla ayrılır. Bu kısa prosedürün ardından, nükleik asit, eluentteki desorpsiyon işlemi ile MNP’lerin işlevselleştirilmiş yüzeyinden ek olarak ayrılabilir. Bununla birlikte, bu süreç geleneksel prosedürlerden çok daha kolay ve kısa olmasına rağmen, MNP’nin yardımlı ekstraksiyon süreci hala pratik tespit için yetersiz olan birkaç aşamadan oluşmaktadır. Çinko ferrit nanoparçacıkları deşarj yoluyla sentezlendi ve nanoparçacık yüzeyleri silika ve karboksil ile modifiye edilmiş polivinil alkol ile işlevselleştirildi. Bu platform, viral RNA’yı çeşitli numune türlerinden otomatik olarak çıkarma yeteneğini gösterir. COVID-19 moleküler düzeyde teşhis için önemli bir olasılık sunan fonksiyonel adımları azaltır [30][34].

COVID-19’un olası ekstraksiyonu ve RT-PCR tabanlı teşhisi için daha basit ve çağdaş bir MNP destekli RNA ekstraksiyon protokolü önerilmektedir. Çinko ferritin (ZNF) MNP’leri düşük maliyetli sol-jel otomatik yanma yolu ile üretildi ve bundan sonra yüzeyi karboksil içeren polimerler (CPoly) ile işlevselleştirildi. Manyetik malzemeler arasından çinko ferrit, yüksek kimyasal direnci, pürüzsüz manyetik davranışı, karmaşık olmayan hazırlaması ve biyouyumlu karakteri nedeniyle seçilmiştir. Nükleik asitler ve karboksil grupları arasındaki sağlam arayüz nedeniyle, yüzey işlevselleştirilmiş MNP’ler hızlı ve olası viral RNA adsorpsiyonunu destekler. Bu uygun maliyetli ve basit teknik, geleneksel yöntemler için nitelikli bir alternatif sağlayabilir [34].

Şekil 15: Yüzey işlevselleştirilmiş MNP yardımlı RNA çıkarma protokolü için şematik prosedür

Ek olarak, polikarboksil-fonksiyonelleştirilmiş amino grubu ile modifiye edilmiş MNP’ler (PC-kaplı NH2-MNP) kullanılarak viral RNA’yı özellikle bağlayan tek adımlı bir nükleik asit ekstraksiyon prosedürü vardır. Nükleik asitler bir manyetik alan kullanılarak toplandı ve daha sonra yıkama tamponu eklenerek MNP’lerden salındılar. COVID-19-psödovirüsleri yakalayarak, polikarboksil işlevli MNP’ler, hedeflerin hızlı yakalanması (30 s manyetik yakalama) yoluyla mükemmel absorpsiyon ve paramanyetik özellikler sergiledi [30][46].

Şekil 16: pcMNP tabanlı viral RNA ekstraksiyon yönteminin şematik bir gösterimi

3.2.5. Nanozimler

Nanozimler, doğal enzimlerle benzer etkinliğe sahip nanomalzemelerden oluşan doğal olmayan enzimlerdir. Ek olarak, nanozimler, hastalık teşhisi ve tedavisi için yaygın olarak kullanılan üstün katalitik aktivitelere, hızlı yanıta ve kendi kendine toplanma yeteneğine sahiptir. SARS-CoV-2 spike antijeninin hızlı ve akut tespiti için yeni bir nanozim bazlı kemilüminesans kâğıt tahlili, oluşturulan yanal akış şeridi ile nanozim ve enzimatik kemilüminesans immünolojik tahlilini birleştirir.

Şekil 17: (A) SARS-CoV-2 S-RBD antijeni için nanozim kemilüminesans kâğıt testinin şematik gösterimi. Nanozim probları ile tanıma, ayırma ve katalitik amplifikasyon.

Geleneksel kemilüminesans immünodiyagnozu, kıt depolama esnekliği, karmaşık hazırlama yöntemleri ve yüksek maliyet gibi kısıtlamaları ortaya çıkaran HRP veya alkalin fosfataz gibi doğal proteazları kullanır. Önerilen biyosensör, 0,1 ng/mL’lik algılama sınırına ulaşan kemilüminesan sinyali büyük ölçüde artırabilen doğal yaban turpu peroksidaz (HRP) yerine peroksidaz-mimik Co-Fe@hemin nanozim kullandı. Co-Fe@hemin nanozimin, oda sıcaklığında stabil bir şekilde tutulabilen HRP’ye kıyasla sıcaklık ve sertlik veya alkalinite için daha iyi stabiliteye sahip olduğu gösterildi. Bu test, şu anda kullanılan nükleik asit testleri için gereken olağan 1-2 saate kıyasla çok daha hızlı bir şekilde 16 dakika içinde gerçekleştirilebilir. Ayrıca, tipik bir akıllı telefonun kamerası kullanılarak sinyal tespiti de mümkündür. Nanozim sentezi bileşenleri kolay ve kolayca elde edilebilir, bu da genel gideri önemli ölçüde azaltır[20][30].

3.2.6. Metal-Organik Çerçeve

Gözenekli nanomalzemeler, farklı patojenlerin tespiti için kullanılabilir. Analit, patojen, gözenekli nanomalzemeler tarafından absorbe edilmesini gerektirmez; bununla birlikte, patojenin, farklı NP’lerin değiştirdiği MOF yüzeyi ile etkileşime girmesi gerekir. Bu etkileşimle, patojeni tespit etmek için ek Kapalı-Açık veya Açık-Kapalı optik mekanizmalar optimize edilebilir ve bu durumda, söndürücüler veya aktivatörler olarak çeşitli optik aktif bileşenler kullanılabilir. SARS-CoV-2 konusunda, SARS-CoV-2’nin konsantrasyonları arasındaki önemli farklılıklar nedeniyle, maske yüzeyinde ve hatta giysilerde aynı genetik materyali ve genetik diziyi tespit etmeye gerek yoktur. Bunun yerine, daha önce optimize edilmiş bir parmak izi floresan deseni kullanılarak, SARS-CoV-2’nin gaz ve katı fazların temas yüzeyindeki aynı dikkat aralığı, optik değişikliklerle ölçülebilir. Ayrıca, MOF tabanlı biyosensörler HIV-1, H1N1, ZIKA ve diğer patojen tespitleri için önemli bir hassasiyet ve LOD ile başarılı bir şekilde çalışıyorsa, SARS-CoV-2 tespiti için morfoloji ve optik tabanlı biyosensör de çalışmalıdır. [26].

4. Nanomalzemelerin Zorlukları ve Sınırlamaları

Nanomalzemeler biyomedikal uygulamalar için önemli ölçüde değerli olabilir. Ancak, toksisite gibi bazı kısıtlamaları vardır. Önemli zorluklardan biri, nanomalzemelerin güvenli kullanımını sağlamaktır. Diğer bir zorluk ise, nanomalzemelerin vücuttaki davranışlarının, protein korona oluşumu nedeniyle kan dolaşımına ulaştıklarında değişebilmesidir. Bu nedenle, özellikle uzun süreli maruz kalma için vücuttaki nanoparçacıkların toksikokinetik davranışını yeterince anlamak için doğru in vivo modeller gereklidir.

Diğer bir sorun, nanomalzemelerin fizikokimyasal ve biyolojik tanımı için standartlaştırılmış protokollerin olmaması ve bir nanomalzemenin evrensel olarak üzerinde anlaşmaya varılmış bir tanımının olmamasıdır. Büyük ölçekli üretim kapasitesi, nano bazlı formülasyonların daha geniş ticarileştirilmesi için aşılması gereken bir başka engeldir. Nanomalzemeler ve biyolojik sistemler arasındaki çok yönlü değişimler nedeniyle, bu malzemelerin fizyolojik koşullar altında davranışını öngörmek çok zordur. Nanopartiküller vücuda girdikten sonra, iyonlar, küçük moleküller, proteinler ve hücreler içeren karmaşık bir matris olan kan dolaşımına ulaşır [37].

---

Test LO 3.1

---

Kaynaklar:

1. Abdelhamid H., and Badr G., (2021). Nanobiotechnology as a platform for the diagnosis of COVID‐19: a review. Nanotechnology for Environmental Engineering 6:19 https://doi.org/10.1007/s41204-021-00109-0
2. Abraham AM., Kannangai R., and Sridharan G., (2008). Nanotechnology: A new frontier in virus detection in clinical practice. Indian Journal of Medical Microbiology, 26(4): 297-301
3. Alhalaili B., Popescu I.N., Kamoun O., Alzubi F., Alawadhia S., Vidu R. (2020) Nanobiosensors for the detection of novel coronavirus 2019-nCoV and other pandemic/Epidemic Respiratory viruses: A review. Sensors 2020, 20, 6591. [CrossRef]
4. Alimardani V., Abolmaali S., Tamaddon A., (2021). Recent Advances on Nanotechnology-Based Strategies for Prevention, Diagnosis, and Treatment of Coronavirus Infections. Journal of Nanomaterials Volume 2021, Article ID 9495126, 20 pages https://doi.org/10.1155/2021/9495126
5. Alphandery E., (2020). The Potential of Various Nanotechnologies for Coronavirus Diagnosis/Treatment Highlighted through a Literature Analysis. Bioconjugate Chem. 2020, 31, 1873−1882. https://dx.doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.0c00287
6. Bendavid E., Mulaney B., Sood N., Shah S., Ling E., Bromley-Dulfano R. (2020). COVID-19 Antibody Seroprevalence in Santa Clara County, California. MedRxiv
7. Carter L. J., Garner L. V., Smoot J. W., Li Y., Zhou Q., Saveson C. J., et al. (2020). Assay techniques and test development for COVID-19 diagnosis. ACS Cent. Sci. 6, 591–605. doi: 10.1021/acscentsci.0c00501
8. Di Paolo M., Iacovelli A., Olmati F., Menichini I., Oliva A., Carnevalini M., et al. (2020). False-negative RT-PCR in SARS-CoV-2 disease: experience from an Italian COVID-19 unit. ERJ Open Res. 6, 324–2020. doi: 10.1183/23120541.00324-2020
9. Eftekhari A., Alipour M., Chodari L., Maleki Dizaj S., Ardalan M., Samiei M., Sharifi S., Zununi Vahed S., Huseynova I., Khalilov R. et al. (2021). A Comprehensive Review of Detection Methods for SARS-CoV-2. Microorganisms, 9, 232. https://doi.org/10.3390/ microorganisms9020232
10. Ghaemi F., Amiri A., Bajuri M., Yuhana N., Ferrara M., (2021), Role of different types of nanomaterials against diagnosis, prevention and therapy of COVID-19. Sustainable Cities and Society 72 (2021) 103046
11. Gupta R., Sagar P., Priyadarshi N., Kaul S., Sandhir R., Rishi V. and Singhal N.K. (2020). Nanotechnology-Based Approaches for the Detection of SARS-CoV-2. Front. Nanotechnol. 2:589832. doi: 10.3389/fnano.2020.589832
12. Huang C., Wen T., Shi F.J., Zeng X.Y., Jiao Y.J., (2020). Rapid Detection of IgM Antibodies against the SARS-CoV-2 Virus via Colloidal Gold Nanoparticle-Based Lateral-Flow Assay. ACS Omega 2020, 5, 12550–12556.
13. Jiang M., Pan W., Arasthfer A., Fang W., Ling L., Fang, H., et al. (2020). Development and validation of a rapid, single-step reverse transcriptase loop- mediated isothermal amplification (RT-LAMP) system potentially to be used for reliable and high-throughput screening of COVID-19. Front. Cell. Infect. Microbiol. 10:331. doi: 10.3389/fcimb.2020.00331
14. Jindal S., and Gopinath P., (2020) Nano Ex. 1 022003
15. Kang J., Tahir A., Wang H., Chang J. (2021). Applications of nanotechnology in virus detection, tracking, and infection mechanisms. WIREs Nanomed Nanobiotechnol. 2021;13:e1700. https://doi.org/10.1002/ wnan.1700
16. Kelly J. C., Dombrowksi M., O’Neil-Callahan M., Kernberg A. S., Frolova A. I., and Stout M. J. (2020). False-negative testing for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2: consideration in obstetrical care. Am. J. Obstet. Gynecol. 2(Suppl. 3):100130. doi: 10.1016/j.ajogmf.2020.100130
17. Layqah L.A., Eissa S. (2019). An Electrochemical Immunosensor for the Corona Virus Associated with the Middle East Respiratory Syndrome Using an Array of Gold Nanoparticle-Modified Carbon Electrodes. Microchimica Acta 2019, 186, 224.
18. Lew T., Aung K., Ow S., Amrun S., Sutarlie L., Ng L., and Su X., (2021). Epitope-Functionalized Gold Nanoparticles for Rapid and Selective Detection of SARS-CoV‐2 IgG Antibodies. ACS NANO, https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04091
19. Li H., and Rothberg L., (2004). Colorimetric detection of DNA sequences based on electrostatic interactions with unmodified gold nanoparticles. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 14036–14039
20. Liu D., Ju C., Han C., Shi R., Chen X., Duan D., Yan J., Yan, X. (2021). Nanozyme Chemiluminescence Paper Test for Rapid and Sensitive Detection of SARS-CoV-2 Antigen. Biosens. Bioelectron. 2021, 173, 112817
21. Manivannan S., Ponnuchamy K. (2020). Quantum Dots as a Promising Agent to Combat COVID-19. Appl. Organomet. Chem. 2020, 34, e5887
22. Mizumoto K., Kagaya K., Zarebski A., Chowell G.J.E. (2020). Estimating the asymptomatic proportion of coronavirus disease 2019 (COVID-19) cases on board the Diamond Princess cruise ship, Yokohama, Japan, 2020. Eurosurveillance , 25, 2000180
23. Moitra P., Alafeef M., Dighe K., Frieman M.B., Pan D. (2020). Selective Naked-Eye Detection of SARS-CoV-2 Mediated by N Gene Targeted Antisense Oligonucleotide Capped Plasmonic Nanoparticles. ACS Nano, 14, 7617–7627.
24. Ozmen E., Kartal E., Turan M., Yazicioglu A., Hiazi J., and Qureshi A., (2021). Graphene and carbon nanotubes interfaced electrochemical nanobiosensors for the detection of SARS-CoV-2 (COVID-19) and other respiratory viral infections: A review. Materials Science & Engineering C 129 (2021) 112356
25. Park T.J., Lee S.Y., Lee S.J., Park J.P., Yang K.S., Lee K.-B., Ko S., Park J.B., Kim T., Kim S.K., (2006). Protein Nanopatterns and Biosensors Using Gold Binding Polypeptide as a Fusion Partner. Anal. Chem. 2006, 78, 7197–7205
26. Pascarella G., Strumia A., Piliego C., Bruno F., Del Buono R., Costa F., et al. (2020). COVID-19 diagnosis and management: a comprehensive review. J. Intern. Med. 288, 192–206. doi: 10.1111/joim.13091
27. Pishva P., and Yuce M., (2021). Nanomaterials to tackle the COVID-19 pandemic. Emergent Materials https://doi.org/10.1007/s42247-021-00184-8
28. Rabiee N., Bagherzadeh M., Ghasemi A., Zare H., Ahmadi S., Fatahi Y., Dinarvand R., Rabiee M., Ramakrishna S., Shokouhimehr M., Varma R.S. (2020). Point-of-Use Rapid Detection of SARS-CoV-2: Nanotechnology-Enabled Solutions for the COVID-19 Pandemic. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 5126. https://doi.org/10.3390/ijms21145126
29. Rai M., Bonde S., Yadav A., Bhowmik A., Rathod S., Ingle P., Gade A. (2021). Nanotechnology as a Shield against COVID-19: Current Advancement and Limitations. Viruses 2021,13,1224. https:// doi.org/10.3390/v13071224
30. Rasmi Y., Saloua K.S., Nemati M., Choi J.R. (2021). Recent Progress in Nanotechnology for COVID-19 Prevention, Diagnostics and Treatment. Nanomaterials 2021, 11, 1788. https://doi.org/10.3390/ nano11071788
31. Roh C., Jo S.K., (2011). Quantitative and Sensitive Detection of SARS Coronavirus Nucleocapsid Protein Using Quantum Dots- Conjugated RNA Aptamer on Chip. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2011, 86, 1475–1479.
32. Shan B., Broza Y.Y., Li W., Wang, Y., Wu S., Liu Z., Wang J., Gui S., Wang L., Zhang Z., et al. (2020). Multiplexed Nanomaterial-Based Sensor Array for Detection of COVID-19 in Exhaled Breath. ACS Nano 2020, 14, 12125–12132.
33. Singh P., Singh D., Sa P., Mohapatra P., Khuntia A., and Sahoo S. (2021). Insights from nanotechnology in COVID-19: prevention, detection, therapy and immunomodulation. Nanomedicine (Lond.) (2021) 16(14), 1219–1235
34. Somvanshi S., Kharat P., Saraf T., Somwanshi S., Shejul S., and Jadhav K. (2021). Multifunctional nano-magnetic particles assisted viral RNA-extraction protocol for potential detection of COVID-19, Materials Research Innovations, 25:3, 169-174, DOI: 10.1080/14328917.2020.1769350
35. Talebian S., Wallace g., Schroeder A., Stellacci F., and Conde J. (2020). Nature Nanotechnology, Vol 15, August 2020, 618-624, www.nature.com/naturenanotechnology
36. Tavakol S., Zahmatkeshan M., Mohammadinejad R., Mehrzadi S., Joghataei M., Alavijeh M., Seifalian A. (2021). The role of nanotechnology in current COVID-19 outbreak. Heliyon 7 (2021) e06841
37. Tharayil A., Rajakumari R., Chirayil C., Thomas S. and Kalarikkal N., (2021) A short review on nanotechnology interventions against COVID-19. Emergent Materials (2021). 4:131–141  https://doi.org/10.1007/s42247-021-00163-z
38. To K.K.-W., Tsang O.T.-Y., Yip C.C.-Y., Chan K.-H., Wu T.-C., Chan J.M.-C., Leung W.-S., Chik T.S.-H., Choi C.Y.-C., Kandamby D.H. et al. (2020). Consistent Detection of 2019 Novel Coronavirus in Saliva. Clin. Infect. Dis
39. Toledo G., Toledo V., Lanfredi A., Escote M., Champi A., Da silva M., Nantes-Cardoso I., (2020), Promising Nanostructured Materials against Enveloped Virus. An Acad Bras Cienc (2020) 92(4): e20200718 DOI 10.1590/0001-3765202020200718
40. Udugama B., Kadhiresan P., Kozlowski H. N., Malekjahani A., Osborne M., Li V. Y. C., et al. (2020). Diagnosing COVID-19: the disease and tools for detection. ACS Nano 14, 3822–3835. doi: 10.1021/acsnano.0c02624
41. Varghese R., Salvi S., Sood P., Karsiya J., Kumar D. (2021). Carbon nanotubes in COVID-19: A critical review and prospects. Colloid and Interface Science Communications 46 (2022) 100544
42. Waller J. V., Kaur P., Tucker A., Lin, K. K., Diaz M. J., Henry T. S., et al. (2020). Diagnostic tools for coronavirus disease (COVID-19): comparing CT and RT-PCR viral nucleic acid testing. Am. J. Roentgenol. 215, 834–838. doi: 10.2214/AJR.20.23418
43. Wong M.L., Medrano J.F. (2005). Real-time PCR for mRNA quantitation. Biotechniques 39, 75–85.
44. Yeh Y.-T., Tang Y., Sebastian A., Dasgupta A., Perea-Lopez N., Albert I., Lu H., Terrones M., Zheng, S.-Y., (2016). Tunable and Label-Free Virus Enrichment for Ultrasensitive Virus Detection Using Carbon Nanotube Arrays. Sci. Adv. 2016, 2, e1601026.
45. Zhang F., Abudayyeh O. O., Gootenberg J. S., Sciences C., and Mathers L. (2020). A Protocol for Detection of COVID-19 Using CRISPR Diagnostics.
46. Zhao Z., Cui H., Song W., Ru X., Zhou W., Yu X. (2020). A Simple Magnetic Nanoparticles-Based Viral RNA Extraction Method for Efficient Detection of SARS-CoV-2. bioRxiv 2020.