Новый прототип маски диагностирует COVID-19 за 90 минут с помощью передовых датчиков

Инженеры спроектировали новый маску, которая может диагностировать носителя COVID-19 примерно за 90 минут. Маски встроены крошечными, одноразовыми датчиками, которые можно вмонтировать в другие маски и также адаптировать для обнаружения других вирусов.

Датчики основаны на сухосушеной клеточной машине, которую исследовательская команда ранее разработала для использования в бумажной диагностике вирусов, таких как Эбола и Зика. В новом исследовании команда показала, что датчики могут быть включены не только в маски, но и в одежду, такую как халаты, потенциально предлагая новый способ мониторинга воздействия на медицинских работников различных патогенов или других угроз.

Команда продемонстрировала способность сухосушить широкий спектр синтетических биологических датчиков для обнаружения вирусных или бактериальных нуклеиновых кислот, а также токсичных химикатов, включая нервные токсины. Датчики маски спроектированы так, что их может активировать носитель, когда он готов выполнить тест, а результаты отображаются только внутри маски для конфиденциальности пользователя.

Белки и нуклеиновые кислоты, необходимые для создания синтетических генных сетей, реагирующих на специфические целевые молекулы, могут быть встроены в бумагу. Другая бесклеточная сенсорная система, известная как SHERLOCK, основана на ферментах CRISPR и позволяет высокочувствительное обнаружение нуклеиновых кислот.

Эти бесклеточные цепные компоненты сухосушатся и остаются стабильными многие месяцы до их регидратации. Когда активированы водой, они могут взаимодействовать с их целевой молекулой, которая может быть любой РНК или ДНК последовательностью, а также другими типами молекул, и производить сигнал, такой как изменение цвета. Исследователи начали работать над включением этих датчиков в текстиль, с целью создания халата для медицинских работников или других с потенциальным воздействием патогенов.

Сначала команда провела скрининг сотен разных типов тканей, от хлопка и полиэстера до шёла и шёлка, чтобы выяснить, какие могут быть совместимы с таким видом датчика. Лучшим был комбинация полиэстера и других синтетических волокон. Для создания носимых датчиков исследователи встроили свои сухосушеные компоненты в небольшой участок этого синтетического ткани, где они окружены кольцом силиконового эластомера. Эта компартиментализация предотвращает испарение или диффузию образца от датчика. Для демонстрации технологии исследователи создали жакет со встроенными примерно 30 такими датчиками.

Они показали, что небольшое брызги жидкости, содержащей вирусные частицы, имитирующее воздействие инфицированного пациента, может гидратировать сухосушеные клеточные компоненты и активировать датчик. Датчики могут быть спроектированы для производства разных типов сигналов, включая изменение цвета, видимого невооружённым глазом, или флуоресцентный или люминесцентный сигнал, который можно прочитать с помощью портативного спектрометра. Они также спроектировали носимый спектрометр, который можно интегрировать в ткань, где он может читать результаты и беспроводно передавать их на мобильное устройство.

Для производства диагностической маски команда встроила сухосушеные датчики SHERLOCK в бумажную маску. Как и с носимыми датчиками, сухосушеные компоненты окружены силиконовым эластомером. В этом случае датчики размещены внутри маски, так что они могут обнаруживать вирусные частицы в дыхании человека, носящего маску.

Маска также включает небольшой резервуар воды, который освобождается при нажатии кнопки, когда носитель готов выполнить тест. Это гидратирует сухосушеные компоненты датчика SARS-CoV-2, который анализирует накопленные капли дыхания внутри маски и выдаёт результат в течение 90 минут.

Прототипы имеют датчики внутри маски для обнаружения статуса пользователя, а также датчики, размещённые снаружи одежды для обнаружения воздействия из среды. Исследователи также могут заменять датчики на другие патогены, включая грипп, Эболу и Зику, или датчики, которые они разработали для обнаружения органическо-фосфатных нервных отравляющих веществ.