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Point-of-need detection of pathogen-specific nucleic acid targets using magnetic particle spectroscopy

  • Enja Laureen Rösch
  • , Jing Zhong
  • , Aidin Lak
  • , Zhe Liu
  • , Markus Etzkorn
  • , Meinhard Schilling
  • , Frank Ludwig
  • , Thilo Viereck
  • , Birka Lalkens*
  • *Korrespondierende*r Autor*in für diese Arbeit

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftArtikelForschungPeer-Review

Abstract

The ongoing COVID-19 pandemic stresses the need for widely available diagnostic tests for the presence of SARS-CoV-2 in individuals. Due to the limited availability of vaccines, diagnostic assays which are cheap, easy-to-use at the point-of-need, reliable and fast, are currently the only way to control the pandemic situation. Here we present a diagnostic assay for the detection of pathogen-specific nucleic acids based on changes of the magnetic response of magnetic nanoparticles: The target-mediated hybridization of modified nanoparticles leads to an increase in the hydrodynamic radius. This resulting change in the magnetic behaviour in an ac magnetic field can be measured via magnetic particle spectroscopy (MPS), providing a viable tool for the accurate detection of target nucleic acids. In this work we show that single stranded DNA can be detected in a concentration-dependent manner by these means. In addition to detecting synthetic DNA with an arbitrary sequence in a concentration down to 500 pM, we show that RNA and SARS-CoV-2-specific DNA as well as saliva as a sample medium can be used for an accurate assay. These proof-of-principle experiments show the potential of MPS based assays for the reliable and fast diagnostics of pathogens like SARS-CoV-2 in a point-of-need fashion without the need of complex sample preparation.

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer113536
FachzeitschriftBiosensors and Bioelectronics
Jahrgang192
Elektronisch veröffentlicht (E-Pub)27 Juli 2021
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 15 Nov. 2021
Extern publiziertJa

UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs)

2015 einigten sich die UN-Mitgliedstaaten auf 17 globale Ziele für nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development Goals, SDGs) zur Beendigung von Armut, zum Schutz des Planeten und zur Förderung des allgemeinen Wohlstands. Hiermit leisten wir einen Beitrag zu folgendem/n Ziel(en) für nachhaltige Entwicklung (SDGs):

  1. SDG 3 - Gute Gesundheit und Wohlergehen
    SDG 3 Gute Gesundheit und Wohlergehen

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  • Biotechnologie
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  • Elektrochemie
  • QuantumFrontiers: Exzellenzcluster 2123/1: Licht und Materie an der Quantengrenze

    Schmidt, P. O. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Ospelkaus-Schwarzer, S. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Chichkov, B. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Danzmann, K. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Ertmer, W. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Hammerer, K. J. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Haug, R. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Heinzel, G. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Heurs, M. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Klempt, C. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Kroker, S. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Lisdat, C. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Mehlstäubler, T. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Müller, J. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Ospelkaus, C. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Rasel, E. M. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Recher, P. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Santos, L. S. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Schilling, M. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Schlickum, U. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Schumacher, H. W. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Surzhykov, A. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Waag, A. (Projektleiter*in (Principal Investigator)), Werner, R. (Projektleiter*in (Principal Investigator)) & Willke, B. (Projektleiter*in (Principal Investigator))

    1 Jan. 201931 Dez. 2025

    Projekt: Forschung

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