Инженеры Tufts представили носимый датчик для обнаружения патогенов, токсинов и опасных химикатов

Университет Тафтса, Медфорд, Массачусетс

Дрон, фюзеляж которого покрыт сенсорным материалом. (Изображение:SilkLab)

Исследователи из Инженерной школы Тафтса разработали метод обнаружения бактерий, токсинов и опасных химических веществ в окружающей среде с помощью биополимерного датчика, который можно печатать, как чернила, на самых разных материалах, включая носимые устройства.

Датчик, основанный на разработанных с помощью вычислений белках и фиброине шелка, извлеченных из коконов шелкопряда Bombyx Mori, использует фермент, аналогичный тому, который обнаружен у светлячков, и светится, когда обнаруживает эти невидимые угрозы.

Биополимерный датчик также может быть встроен в пленки, губки и фильтры или отлит в форму пластика для отбора проб и обнаружения опасностей, передающихся по воздуху и воде, или использоваться для сигнализации об инфекциях в нашем организме.

В настоящее время датчики требуют распыления нетоксичных химикатов после потенциального воздействия бактерий, токсинов и опасных химикатов. Если цель присутствует, датчик генерирует свет; интенсивность излучаемого света является количественной мерой концентрации мишени.

«Сочетание разработанных в лаборатории белков и шелка представляет собой сенсорную платформу, которую можно адаптировать для обнаружения широкого спектра химических и биологических агентов с высокой степенью специфичности и чувствительности», — сказал профессор Фиоренцо Оменетто, директор Tufts SilkLab. «Например, антитела к SARS-CoV-2 и антитела к вирусу гепатита B можно измерить на уровнях, приближающихся к показателям, проводимым в домашних условиях».

Чувствительный элемент является модульным, поэтому разработчики могут заменять вновь разработанные белки для захвата конкретных патогенов или молекул для измерения, при этом механизм излучения света остается прежним.

«Используя датчик, мы можем определить следовые уровни переносимого по воздуху SARS-CoV-2 или представить, как можно модифицировать его, чтобы адаптировать к любой следующей угрозе общественному здравоохранению», — сказал Оменетто.

Датчики могут принимать самые разные формы, о чем свидетельствует исследовательская группа, создавшая дроны для обнаружения вирусов, в фюзеляж которых был встроен сенсорный материал. Во время полета пропеллеры направляют поток воздуха через пористый корпус дрона, который можно осмотреть после приземления. Дроны, которые в данном случае реагировали на переносимые по воздуху патогены, могли бы позволить осуществлять мониторинг окружающей среды с безопасного расстояния.

Исследователи проверили срок годности материалов, в которые встроены датчики SARS-CoV-2, после их хранения при температуре 60 °C в течение четырех месяцев и обнаружили очень незначительное изменение характеристик.

«Это означает, что мы можем производить, распространять и хранить эти сенсорные интерфейсы в течение длительных периодов времени, не теряя их чувствительности или точности и без необходимости хранения в холодильнике, что примечательно, поскольку они сделаны из белка», — сказала Лусиана д’Амоне, соруководитель проекта. Кроме того, это может расширить форматы датчиков.

«Например, вы можете сделать хирургические маски, способные обнаруживать болезнетворные микроорганизмы, упаковать их в коробки и использовать с течением времени так же, как обычные маски», — сказал д’Амон. "Мы также показали, что можно напечатать датчик внутри упаковки пищевых продуктов, чтобы отслеживать порчу и токсины. Вы можете модифицировать очень многие продукты, которые мы используем каждый день, включив в них датчики, а также хранить и использовать их, как обычно".

Команда рассматривает различные области применения датчиков:от мониторинга персонала и пациентов и контроля инфекций в медицинских учреждениях до измерения окружающей среды дома, на рабочем месте, в военных целях и в зонах стихийных бедствий.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Майком Сильвером по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.; 617-627-0545.