Прототип маски может обнаруживать инфекцию COVID-19

Инженеры разработали новую маску для лица, которая может диагностировать COVID-19 у владельца в течение примерно 90 минут. В маски встроены крошечные одноразовые датчики, которые можно встроить в другие лицевые маски, а также адаптировать для обнаружения других вирусов.

Датчики основаны на лиофилизированном клеточном механизме, который исследовательская группа ранее разработала для использования в бумажной диагностике вирусов, таких как Эбола и Зика. В новом исследовании команда показала, что датчики могут быть встроены не только в лицевые маски, но и в одежду, например в лабораторные халаты, что потенциально предлагает новый способ мониторинга воздействия на медицинских работников различных патогенов или других угроз.

Команда продемонстрировала возможность сублимационной сушки широкого спектра сенсоров синтетической биологии для обнаружения вирусных или бактериальных нуклеиновых кислот, а также токсичных химических веществ, включая нервные токсины. Датчики лицевой маски сконструированы таким образом, что их может активировать владелец, когда он будет готов выполнить тест, а результаты отображаются только на внутренней стороне маски для обеспечения конфиденциальности пользователя.

Белки и нуклеиновые кислоты, необходимые для создания синтетических сетей генов, которые реагируют на конкретные молекулы-мишени, могут быть встроены в бумагу. Другая бесклеточная сенсорная система, известная как SHERLOCK, основана на ферментах CRISPR и позволяет высокочувствительно обнаруживать нуклеиновые кислоты.

Эти бесклеточные компоненты контура высушиваются вымораживанием и остаются стабильными в течение многих месяцев, пока не будут регидратированы. При активации водой они могут взаимодействовать со своей молекулой-мишенью, которая может представлять собой любую последовательность РНК или ДНК, а также другие типы молекул, и генерировать сигнал, такой как изменение цвета. Исследователи начали работать над внедрением этих датчиков в текстиль с целью создания лабораторного халата для медицинских работников и других лиц, которые могут подвергаться воздействию патогенов.

Во-первых, команда проверила сотни различных типов ткани, от хлопка и полиэстера до шерсти и шелка, чтобы выяснить, какие из них могут быть совместимы с датчиком такого типа. Лучшим оказалось сочетание полиэстера и других синтетических волокон. Чтобы сделать носимые датчики, исследователи поместили лиофилизированные компоненты в небольшой участок этой синтетической ткани, где они окружены кольцом из силиконового эластомера. Такое разделение предотвращает испарение или диффузию образца от датчика. Чтобы продемонстрировать технологию, исследователи создали кожух со встроенными примерно 30 такими датчиками.

Они показали, что небольшой всплеск жидкости, содержащей вирусные частицы, имитирующий контакт с инфицированным пациентом, может гидратировать лиофилизированные клеточные компоненты и активировать датчик. Датчики могут быть спроектированы так, чтобы генерировать различные типы сигналов, включая изменение цвета, которое можно увидеть невооруженным глазом, или флуоресцентный или люминесцентный сигнал, который можно считывать с помощью портативного спектрометра. Они также разработали переносной спектрометр, который можно интегрировать в ткань, где он может считывать результаты и передавать их по беспроводной связи на мобильное устройство.

Чтобы изготовить диагностическую лицевую маску, команда встроила лиофилизированные датчики SHERLOCK в бумажную маску. Как и в случае с носимыми датчиками, лиофилизированные компоненты окружены силиконовым эластомером. В этом случае датчики размещаются на внутренней стороне маски, поэтому они могут обнаруживать вирусные частицы в дыхании человека в маске.

Маска также включает в себя небольшой резервуар с водой, который высвобождается нажатием кнопки, когда пользователь готов выполнить тест. Это увлажняет лиофилизированные компоненты датчика SARS-CoV-2, который анализирует скопившиеся капли дыхания на внутренней стороне маски и дает результат в течение 90 минут.

Прототипы имеют датчики внутри маски для определения статуса пользователя, а также датчики, размещенные снаружи одежды для обнаружения воздействия окружающей среды. Исследователи также могут заменить датчики для других патогенов, включая грипп, лихорадку Эбола и Зика, или датчики, разработанные ими для обнаружения фосфорорганических нервно-паралитических агентов.