Биосенсоры в текстиле
Инженеры Массачусетского технологического института, Гарвардского университета и компании Fast Company разработали новую маску для лица, которая способна определить носителя Covid-19 примерно за 90 минут. Сенсорная технология также может быть использована для создания одежды, которая обнаруживает различные патогены и токсичные химические вещества. Эта платформа позволит использовать носимые биосенсоры нового поколения для экстренных служб, медицинского персонала и военнослужащих.
Диагностическая маска
Чтобы изготовить диагностическую маску для лица, исследователи поместили сублимированные сенсоры SHERLOCK на бумажную маску. Датчики располагаются на внутренней стороне маски, чтобы обнаружить вирусные частицы в выдыхаемом воздухе.
Маска также содержит небольшой резервуар с водой, который открывается при нажатии кнопки, когда владелец готов выполнить тест. Вода активирует сублимированные компоненты датчика SARS-CoV-2, который анализирует капли, скопившиеся на внутренней стороне маски.
Данная тестовая система показала чувствительность, сопоставимую с золотым стандартом диагностики – ПЦР-тестом, при этом она столь же быстра, как антигенные тесты, которые используются для быстрого анализа Covid-19.
Датчики разработаны таким образом, что они могут быть активированы носителем тогда, когда он готов выполнить тест, а результат отображается только на внутренней стороне маски – для сохранения конфиденциальности.
Носимые датчики
Новые носимые датчики и диагностическая маска для лица основаны на технологии, которую автор исследования Джеймс Коллинз начал разрабатывать несколько лет назад. В 2014 году он поместил на бумагу белки и нуклеиновые кислоты для создания синтетических генных сетей, которые реагируют на конкретные молекулы-мишени, и использовал этот подход для создания бумажных тест-систем для диагностики вирусов Эбола и Зика. В 2017 году Коллинз разработал еще одну бесклеточную сенсорную систему SHERLOCK, которая основана на ферментах CRISPR и с высокой чувствительностью обнаруживает нуклеиновые кислоты.
Эти бесклеточные компоненты цепи можно заморозить и высушить. Лиофилизированные биомолекулы остаются стабильными в течение многих месяцев, пока не будут подвержены регидратации. Активированные водой, синтетические системы способны взаимодействовать с молекулой-мишенью, которой может быть любая последовательность РНК, ДНК или другие типы молекул, и выдавать сигнал, например, изменение цвета.
В новом исследовании Коллинз и его коллеги начали работать над установкой этих датчиков на текстиль. Для этого был выполнен скрининг сотен различных типов тканей, чтобы выяснить, какие из них могут быть совместимы с подобного рода датчиками. Оптимальная ткань представляла собой комбинацию полиэфирных и других синтетических волокон.
Чтобы создать носимые сенсоры, исследователи поместили их сублимированные компоненты в небольшой участок этой синтетической ткани, окружив силиконовым эластомером. Такое покрытие предотвращает испарение или диффузию образца от датчика.
Для демонстрации технологии исследователи создали куртку, в которую было встроено около 30 сенсорных сублимированных датчиков. Они показали, что небольшое количество жидкости, содержащей вирусные частицы, увлажняет компоненты тест-системы и активирует датчик.
Датчики могут быть сконструированы для получения различных типов сигналов, включая изменение цвета, которое можно увидеть невооруженным глазом, флюоресцентный или люминесцентный сигнал, который можно считывать с помощью спектрометра. Исследователи также разработали портативный спектрометр, который также встраивается в ткань, он считывает результаты и по беспроводной связи передает их на мобильное устройство.
Исследователи подали заявку на патент на данную технологию.
Статья P.Q.Nguyen et al. Wearable materials with embedded synthetic biology sensors for biomolecule detection опубликована в журнале Nature Biotechnology.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT: New face mask prototype can detect Covid-19 infection.