麻省理工学院和哈佛工程师创造了可以检测Covid-19感染的新面膜

Covid 19检测面膜

麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard)的工程师设计了一个口罩原型,可以在约90分钟内诊断出佩戴口罩的人是否患有Covid-19。该技术还可以用于设计用于各种其他病原体或有毒化学物质的可穿戴传感器。资料来源:费利斯·弗兰克尔和麻省理工学院新闻办公室

传感器技术也可用于制造检测各种病原体和其他威胁的衣服。

麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard University)的工程师设计了一种新型口罩,可在约90分钟内诊断佩戴者是否患有Covid-19。这种口罩内嵌了微型一次性传感器,可以安装在其他口罩上,也可以用来检测其他病毒。

传感器基于冻干的蜂窝机械,研究团队以前已经开发用于纸质诊断的病毒,例如埃博拉和ZIKA。在一项新的研究中,研究人员表明,传感器不仅可以纳入面部面膜,还可以纳入诸如实验室外套的服装,可能提供一种新的方式来监测医疗保健工作者暴露于各种病原体或其他威胁。

“我们已经证明,我们可以冷冻干燥广泛的合成生物学传感器,以检测病毒或细菌核酸,以及有毒化学物质,包括神经毒素。yabo124我们设想这个平台可以为急救人员、医护人员和军事人员提供下一代可穿戴生物传感器。”他是麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)和生物工程系医学工程与科学的终身教授,也是这项研究的资深作者。

面罩传感器设计成使得当它们准备执行测试时,它们可以由佩戴者激活,并且结果仅显示在掩码的内部,以供用户隐私。

Peter Nguyen是哈佛大学怀斯生物工程研究所的一名研究科学家,Luis Soenksen是麻省理工学院阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔医疗中心的一名健康机器学习的风险建设者,也是怀斯研究所的前博士后,他们是这篇论文的主要作者自然生物技术

可穿戴传感器

这种新型可穿戴传感器和诊断面罩是基于柯林斯几年前开始开发的技术。2014年,他展示了创建合成基因网络所需的蛋白质和核酸,这些基因网络可以对特定的目标分子做出反应,他使用这种方法创建了埃博拉病毒的纸质诊断Zika.病毒2017年,柯林斯与张峰的实验室合作,开发了另一种无细胞传感器系统Sherlock.该技术基于CRISPR酶,能够对核酸进行高度敏感的检测。

将这些无细胞电路组分冷冻干燥并保持稳定,直至它们再水化。当被水激活时,它们可以与其目标分子相互作用,其可以是任何RNA或DNA序列,以及其他类型的分子,并产生诸如颜色变化的信号。

口罩内嵌病毒粒子传感器

研究人员在面具内侧嵌入传感器,以检测佩戴面罩的人的呼吸中的病毒颗粒。该面具还包括一个小蓄水池,当佩戴者准备进行测试时,只要按下一个按钮,蓄水池就会释放出水。信贷:由研究人员提供

最近,柯林斯和他的同事开始努力将这些传感器纳入纺织品,其目标是为医疗保健工作者或其他潜在暴露于病原体的实验室外套。

首先,Soenksen对数百种不同类型的织物进行了筛选,从棉花和聚酯到羊毛和丝绸,以找出哪种可能与这种传感器兼容。他说:“我们最终确定了一对在时装业生产服装中被广泛使用的组合。”“最好的一种是聚酯和其他合成纤维的组合。”

为了制造可穿戴传感器,研究人员将它们的冻干组分嵌入到这种合成织物的一小部分中,在那里它们被硅氧烷弹性体环包围。该隔间化可防止样品蒸发或扩散远离传感器。为了展示该技术,研究人员创造了一种夹套,嵌入其中约30个传感器。

他们展示了一小滴含有病毒颗粒的液体,模仿感染病人的接触,可以为冻干的细胞成分补水并激活传感器。传感器可以被设计成产生不同类型的信号,包括肉眼可以看到的颜色变化,或者可以用手持光谱仪读取的荧光或发光信号。研究人员还设计了一种可穿戴的光谱仪,可以集成到织物中,它可以读取结果,并将其无线传输到移动设备。

“这为您提供了一个信息反馈周期,可以监控您的环境暴露,并提醒您和其他人关于曝光以及发生在哪里,”Nguyen说。

诊断口罩

2020年初,当研究人员完成可穿戴传感器的工作时,Covid-19开始在全球蔓延,所以他们很快决定尝试使用他们的技术来创建SARS-CoV-2病毒的诊断方法。

为了制作诊断口罩,研究人员将冻干的夏洛克传感器嵌入了一个纸口罩中。与可穿戴传感器一样,冻干组件被硅酮弹性体包围。在这种情况下,传感器被放置在口罩的内部,这样它们就可以检测到戴口罩的人呼吸中的病毒颗粒。

该面具还包括一个小蓄水池,当佩戴者准备进行测试时,只要按下一个按钮,蓄水池就会释放出水。这将使SARS-CoV-2传感器的冻干部件产生水分,该传感器可以分析口罩内部积累的呼吸液滴,并在90分钟内产生结果。

“该测试与黄金标准,高敏感的PCR试验一样敏感,但它与用于快速分析Covid-19的抗原测试一样快,”Nguyen说。

本研究中开发的原型具有在掩模内部的传感器,以检测用户的状态,以及放置在服装外侧的传感器,以检测环境暴露。研究人员还可以在传感器中交换其他病原体,包括流感,埃博拉和Zika,或者他们已经开发出有机磷神经剂的传感器。

Soenksen说:“通过这些演示,我们基本上缩小了最先进的分子测试设施的功能,使其能够兼容各种应用的可穿戴场景。”

研究人员已经提出了该技术的专利,现在他们希望与公司合作,进一步发展传感器。Collins说,面膜很可能是可以提供的第一个可用的应用程序。

“我认为面膜可能是最先进、最接近产品的。他说:“我们已经从外部团体中获得了很多兴趣,他们希望利用我们现有的原型努力,并将其发展成一种经过批准的、已上市的产品。”

该研究由国防威胁减少局资助;保罗·g·艾伦前沿集团;Wyss研究所;强生创新JLABS;MGH、麻省理工学院和哈佛大学的拉贡研究所;帕特里克·j·麦戈文基金会

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