ویروس‌ها از ذرات مجزا (particulate) تشکیل شده اند و در شکل‌های مورفولوژیکی متفاوتی وجود دارند. اندازه کوچک ویروس‌ها (۲۰ تا ۹۰۰ نانومتر)، جداسازی و تجسم آن‌ها در مقایسه با سایر میکروب‌ها دشوار می‌سازد.
سیر تکاملی تکنیک‌های تشخیص ویروس
در سال ۱۹۵۰ با توسعه سیستم کشت سلولی و میکروسکوپ الکترونی، اولین جداسازی و تشخیص ویروس آغاز شد. در اوایل دهه ۱۹۸۰، ویروس‌شناسی (virology) تشخیصی، با اختراع روش‌های ایمنی‌سنجی (immunoassay) و واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) پیشرفت‌های بزرگی داشت.
توسعه سریع طیف وسیعی از تکنیک‌های تشخیص سرولوژیکی و مولکولی سودمندتر از تحقیقات آزمایشگاهی و تشخیص بالینی ویروس‌ها بود. در حال حاضر، از خصوصیات منحصر به فرد نانومواد (فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی، مغناطیسی و ..) به طور مؤثر در تشخیص ویروس استفاده می‌شود.
نانوذرات مورد استفاده در تشخیص ویروس
نانومواد مختلفی مانند نقاط کوانتومی، نانولوله‌های کربنی، گرافن اکسید، سیلیس و نانوذرات فلزی به عنوان حسگرهای زیستی برای تشخیص ویروس‌های بیماری‌زا استفاده می‌شوند. برخی از نانوذرات مورد استفاده در تشخیص ویروس در زیر توضیح داده می‌شوند؛
نقاط کوانتومی (QDs)
نقاط کوانتومی، کریستال‌های نیمه‌هادی نانومقیاس با خواص نوری و الکتریکی منحصر به فرد هستند.
QDs، دامنه جذب گسترده، فتولومینسانس، رنگ‌آمیزی مولتی‌پلکس، عمر طولانی‌مدت فلورسنت و مقاومت بالا در برابر رنگبری نوری دارند. QDs ابزارهای مفیدی برای تشخیص سریع و حساس ویروس به منظور تسهیل درمان زودهنگام و پایش بیماری‌های ویروسی است.
- سیستم ثبت و تصویربرداری سریع مبتنی بر QDs شامل یک تکنیک تصویربرداری دو لکه (dual-stain) است. این تکنیک با سرعتی بالا و بسیار مقرون‌به‌صرفه، قادر به ثبت و تشخیص ویروس نقص ایمنی انسانی (HIV) است.
- سیستم QDs-DNA مبتنی بر انتقال انرژی رزونانسی فورستر (FRET) برای تشخیص سریع، آسان و حساس DNA ویروس هپاتیت-B استفاده می‌شود.
نانومواد کربنی
نانولوله‌های کربنی (CNTs): حسگرهای زیستی مبتنی بر CNTs به دلیل مساحت سطح زیاد آن‌ها از حساسیت و گزینش‌پذیری بالایی برخوردارند. این سیستم همچنین به دلیل عامل‌دارسازی آسان و تثبیت نانوذرات مفید است. از این حسگرهای زیستی برای تشخیص هپاتیت-B و پاپیلوما ویروس (papillomavirus) استفاده می‌شود.
نانوذرات سیلیکا (SiNPs): بسیاری از مولکول‌های زیستی از جمله آنتی‌بادی‌های آنتی‌ژن، پپتیدها و DNA می‌توانند به SiNPs متصل شوند و متعاقبا، این امر آن‌ها را برای تحقیقات بایوآنالیز با اهمیت می‌سازد. از این سیستم برای تشخیص ویروس هپاتیت-B استفاده می‌شود.
نانوذرات فلزی و اکسید فلزی
نانوذرات نقره (AgNPs): خصوصیات فلورسنت AgNPs باعث می‌شود حسگرهای زیستی نوری از حساسیت بالایی برخوردار باشند. این حسگرهای زیستی نوری برای تشخیص ویروس‌ها از جمله HIV و هپاتیت-B استفاده می‌شوند.
نانوذرات مغناطیسی (MNPs :(MNPs برای تشخیص گلیکوپروتئین هماگلوتینین (HA) از سطح ویروس آنفلوآنزای-A (FLUAV) H5N1 استفاده می‌شود. از MNPs پوشش‌داده شده با کربن عامل‌دار شده با آمین، برای تشخیص هیبریداسیون اسیدهای نوکلییک ویروس هپاتیت-B استفاده شده است.
نانوذرات آلومینیوم (AlNPs): مورفولوژی نانومتخلخل (Nanoporous)، برجسته‌ترین ویژگی است که دانشمندان زیست‌سنجی (biosensing) را به AlNPs جذب می‌کند. یکی از مزایای داشتن یک ساختار متخلخل افزایش نسبت سطح به حجم است که منجر به افزایش تعداد مولکول‌های هدف درون ساختار نانومتخلخل می‌شود. محققان از آلومینا نانومتخلخل برای تشخیص ویروس دنگی (dengue virus) استفاده کرده اند.
نانوذرات طلا (AuNPs :(AuNPs به دلیل خواص نوری و الکتریکی بی‌نظیر به طور گسترده در زمینه تشخیص ویروس مورد استفاده قرار گرفته است.
- ویروس هانتان (HTNV :(HTNV که از جوندگان ناشی می‌شود می‌تواند در انسان باعث ایجاد تبِ خونریزی‌دهنده همراه سندرم کلیوی و سندرم قلبی ریوی ویروس هانتا شود. سنجش ایمونو-PCR جدید با استفاده از AuNPs برای تشخیص ایمونولوژیک پروتیین نوکلئوکپسید HTNV ایجاد شده است. این سنجش می‌تواند به صورت بهینه، غلظت‌های کم نمونه‌های آنتی‌ژن خالص‌شده یا اسپایک را تشخیص دهد.
- ویروس تب دره ریفت (RVFV): افراد آلوده به RVFV به التهاب شبکیه چشم، آنسفالیت و فلج مبتلا می‌شوند. یک روش ایمنی‌سنجی جدید براساس AuNPs جفت‌شده با تکنیک پراکندگی ارتقا یافته سطحی رامان (SERS) برای تشخیص آنتی‌ژن کپسید RVFV ایجاد شده است.
- سندرم حاد تنفسی شدید (SARS): کروناویروس‌ها، ویروس‌های RNA غلاف‌دار با اشکال متنوع هستند. کروناویروس‌ها از لحاظ بالینی برای انسان‌ها از اهمیت بسیاری برخوردارند و معمولا با بیماری‌های مختلف تنفسی، روده‌ای، کبدی و یا بیماری‌های عصبی همراه هستند. کروناویروس‌ها مانند SARS–CoV که در سال ۲۰۰۲ در چین شناسایی شد و MERS-CoV که در سال ۲۰۱۲ در خاور میانه کشف شد، عوامل بیماری‌زای بدنامی هستند که با میزان ابتلا بسیار بالا و نرخ مرگ و میر تا ۳۵ درصد، می‌توانند باعث شیوع گسترده بیماری ذات‌الریه و یا شرایطی مانند آن شوند. تشخیص SARS با استفاده از AuNPs عمدتا بر تشخیص سریع و مولکولی خاص از طریق رنگ‌سنجی (تشخیص ژن pp1ab) و سنجش الکتروشیمیایی (تشخیص ژن پروتئین نوکلئوکپسید) متمرکز است.
- ویروس دنگی (DENV): در حال حاضر DENV در بیش از 100 کشور نیمه‌گرمسیری و گرمسیری یک بیماری همه‌گیر است و 5/2 میلیارد نفر را تهدید می‌کند. AuNPs همراه با ریزترازوی کریستال کوارتز (QCM; Quartz Crystal Microbalance) و طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP-MS) برای ایجاد دو روش سنجش مولکولی جدید برای تشخیص DENV استفاده می‌شود.
- ویروس هپاتیت - E/ویروس (HEV): هپاتیت-E نوعی التهاب ویروسی در کبد است که عامل آن HEV است. این بیماری در کشورهای در حال توسعه با شرایط بهداشتی ضعیف شایع است. روش رنگ‌سنجی مبتنی بر AuNP برای تشخیص مولکولی HEV گزارش شده است.
- هرپس ویروس همراه با سارکوم کاپوزی (KSHV): ویروس KSHV/HHV-8 یک ویروس پیشرو در ایجاد سرطان است. این بیماری عموما مسئول طیف وسیعی از بیماری‌های نئوپلاستی در بیماران دارای نقص سیستم ایمنی مانند سارکوم کاپوسی، لنفوم افیوژن اولیه و بیماری کسلمن است. با ترکیبی از AuNPs و AgNPs، یک روش رنگ‌سنجی برای تشخیص مولکولی تک‌ظرف (one-pot) برای KSHV طراحی شده است.
- ویروس آنفلوانزا-A/ ویروس IAV: چندین گونه از ویروس آنفولانزا باعث بیماری‌های حاد تنفسی می‌شوند که بسیار مسری هستند. تشخیص IAV بر روی روش‌های سنجشی متمرکز است که امکان تشخیص مستقیم کل ذرات IAV یا RNA ویروسی را از طریق فرآیندهای متعدد از جمله؛ فلورومتری، SERS، پراکندگی نور، رنگ‌سنجی و فرآیندهای الکتروشیمیایی مبتنی بر AuNP فراهم می‌کند.
- ویروس پاپیلومای انسانی (HPV :(HPV عمیق‌ترین لایه پوست و یا سطوح تناسلی را آلوده می‌کند. AuNPs به عنوان یک داربست بی‌حرکت برای تثبیت DNA بر روی یک بستر سیلیکون که الکترودهای نانوشکاف اینتردیجیتال را حمل می‌کند در تشخیص الکتریکی HPV استفاده می‌شود.
- ویروس نقص ایمنی انسانی (HIV): عفونت HIV با ابتلا به ایدز، بیماری که سیستم ایمنی بدن را از بین می‌برد، در ارتباط است و باعث می‌شود کل بدن در برابر عفونت‌های خطرناک آسیب‌پذیر باشد. سنجش AuNPs می‌تواند در تشخیص زودهنگام HIV بسیار مفید باشد و از گسترش آن جلوگیری کند.
استفاده از نانوذرات به عنوان نشانگر برای تشخیص سریع و دقیق عوامل عفونی در نمونه‌هایی با حجم کم، با هزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه به تشخیص زودهنگام کمک می‌کند.
