Инженеры Тафтса представили носимый сенсор для обнаружения патогенов, токсинов и опасных химикатов

Tufts University, Медфорд, штат Массачусетс

Дрон, в фюзеляже которого встроен сенсорный материал. (Изображение: SilkLab)

Биополимерный сенсор на базе шелка

Исследователи в Школе инженерии Тафтса разработали метод обнаружения бактерий, токсинов и опасных химикатов в окружающей среде с биополимерным сенсором, который можно печатать как чернила на широком спектре материалов — включая носимые.

Используя фермент, аналогичный тому, что находится у светлячков, сенсор — основанный на вычислительно спроектированных белках и фиброине шелка, извлеченном из коконов шелкопряда Bombyx Mori — светится при обнаружении этих невидимых угроз.

Биополимерный сенсор также может быть встроен в пленки, губки и фильтры, или отлит как пластик для отбора проб и обнаружения воздухонесных и водяных опасностей или использования для сигнализации инфекций в наших телах.

Сенсоры в настоящее время требуют распыления нетоксичного химиката после потенциального воздействия бактерий, токсинов и опасных химикатов. Если цель присутствует, сенсор генерирует свет; интенсивность излученного света предоставляет количественную меру концентрации цели.

«Сочетание лабораторно спроектированных белков и шелка — это сенсорная платформа, которую можно адаптировать для обнаружения широкого спектра химических и биологических агентов с высокой степенью специфичности и чувствительности», — сказал профессор Фиоренцо Оменетто, директор Тафтсовской SilkLab. «Например, SARS-CoV-2 и анти-гепатит B антитела могут быть измерены на уровнях, приближающихся к домашним тестам».

Сенсирующий элемент модулен, поэтому разработчики могут подменять новые спроектированные белки для захвата специфических патогенов или молекул для измерения, в то время как механизм светового излучения остается прежним.

«Используя сенсор, мы можем подбирать следовые уровни воздухонесного SARS-CoV-2, или мы можем представить модификацию его для адаптации к какой бы то ни было следующей угрозе общественного здоровья», — сказал Оменетто.

Разнообразие форм-факторов

Сенсоры могут принимать множество форм, как свидетельствует создание исследовательской командой сенсорных дронов, в фюзеляж которых был встроен сенсорный материал. Во время полета пропеллеры направляют воздушный поток через пористое тело дрона, которое может быть изучено после посадки. Дроны, которые в данном случае реагировали на воздухонесные патогены, могут обеспечить мониторинг среды с безопасного расстояния.

Исследователи протестировали срок хранения материалов, встроенных с сенсорами SARS-CoV-2, после хранения их при 60 °C в течение четырех месяцев и обнаружили очень мало изменений в производительности.

«Это означает, что мы можем производить, распространять и хранить эти сенсорные интерфейсы длительные периоды времени без потери их чувствительности или точности и без необходимости рефрижерированного хранения, что замечательно, учитывая, что они сделаны из белка», — сказала Лусиана д'Амоне, совместитель проекта. «Кроме того, это может расширить форматы сенсоров».

«Например, вы могли бы сделать хирургические маски, способные детектировать патогены, упаковать их в коробки и использовать их со временем как обычные маски», — сказала д'Амоне. «Мы также показали, что можно напечатать сенсор внутри пищевой упаковки для отслеживания порчи и токсинов. Вы можете модифицировать так многие продукты, которые мы используем каждый день, чтобы включить сенсирование, и хранить и использовать их как обычно».

Команда предвидит применения сенсоров от персонального и пациентного мониторинга и контроля инфекций в медицинских учреждениях до экологического сенсирования в доме, на рабочем месте, в военных и катаклизмах.

Для дополнительной информации свяжитесь с Майклом Сильвером: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; 617-627-0545.