Инженерите от MIT и Харвард създадоха нова маска за лице, която може да открие инфекция с COVID-19

Сензорната технология може да се използва и за изработване на облекло, което открива различни патогени и други заплахи.

Инженери от MIT и Харвардския университет са проектирали нова маска за лице, която може да диагностицира потребител с Covid-19 за около 90 минути. Маските са вградени с малки сензори за еднократна употреба, които могат да бъдат прикрепени към други маски за лице и могат да бъдат адаптирани за откриване на други вируси.

Сензорите са базирани на лиофилизирани клетъчни машини, които изследователският екип преди това е разработил за използване при хартиена диагностика на вируси като Ебола и Зика. В ново проучване изследователите показват, че сензорите могат да бъдат интегрирани не само в маски за лице, но и в дрехи като лабораторни палта, като потенциално осигуряват нов начин за наблюдение на излагането на здравните работници на различни патогени или други заплахи.

„Демонстрирахме, че можем да замразим и изсушим широк спектър от синтетични биосензори за откриване на вирусни или бактериални нуклеинови киселини, както и токсични химикали, включително невротоксини. Предвиждаме, че тази платформа може да даде възможност на следващото поколение носими биосензори за първи реагиращи и персонал. здравеопазване и военни “, казва Джеймс Колинс, професор по медицинско инженерство и науки в Масачузетския технологичен институт (IMES) и Департамент по биологично инженерство и старши автор на изследването.

Сензорите за маска за лице са проектирани така, че да могат да бъдат активирани от потребителя, когато са готови да се явят на тест, а резултатите се показват само в маската, за поверителност на потребителя.

Водещите автори на статията са Питър Нгуен, учен от Института за биологично вдъхновено инженерство от Университета на Харвард и Луис Суинксен, създател на проекта в Клиниката за машинно обучение в Масачузетския технологичен институт в Масачузетския технологичен институт и бивш постдокторант в Института Вайс , който се появява днес в биотехнология в природата.

носими сензори

Новите сензори за носене и диагностична маска за лице са базирани на технологията, която Колинс започва да разработва преди няколко години. През 2014 г. той демонстрира, че протеините и нуклеиновите киселини, необходими за създаването на синтетични генетични мрежи, които взаимодействат със специфични целеви молекули, могат да бъдат включени в хартия и използва този подход за създаване на хартиена диагностика за Ебола и Зика вируси. Работейки с лабораторията на Фън Джанг през 2017 г., Колинс разработи друга безклетъчна сензорна система, известна като Шерлок, който се основава на CRISPR ензими и позволява откриването на силно чувствителни нуклеинови киселини.

Компонентите на безклетъчните вериги са лиофилизирани и остават стабилни в продължение на няколко месеца, докато се рехидратират. Когато се активира от водата, той може да взаимодейства с целевата молекула, която може да бъде всякаква РНК или ДНК последователност, както и други видове молекули, и да генерира сигнал като промяна в цвета.

Изследователите са поставили сензори вътре в маската, за да открият вирусни частици в същия човек, носещ маската. Маската включва и малък резервоар с вода, който се освобождава с натискане на бутон, когато потребителят е готов да се яви на теста. Кредит: С любезното съдействие на изследователите

Наскоро Колинс и колегите му започнаха работа по включването на тези сензори в текстила, с цел създаване на лабораторно палто за здравни работници или други с потенциално излагане на патогени.

Първо, Soenksen направи екран от стотици различни видове тъкани, от памук и полиестер до вълна и коприна, за да открие кои могат да бъдат съвместими с този тип сензор. „В крайна сметка идентифицирахме двойка, която се използва широко в облеклото“, казва той. „Най-доброто беше смес от полиестер и други синтетични влакна.“

За да направят сензорите, които могат да се носят, изследователите обединиха своите лиофилизирани компоненти в малка част от тази синтетична тъкан, затворена в пръстен от силиконов еластомер. Това разделяне предотвратява изпаряването или разпространението на пробата от сензора. За да демонстрират тази технология, изследователите създадоха яке, оборудвано с около 30 от тези сензори.

Те показаха, че малко изпръскване на течност, съдържаща вирусни частици, имитиращо излагане на заразен пациент, може да намокри компонентите на лиофилизираните клетки и да активира сензора. Сензорите могат да бъдат проектирани да произвеждат различни видове сигнали, включително промяна на цвета, която може да се види с невъоръжено око, или флуоресцентен или луминесцентен сигнал, който може да се отчете с ръчен спектрофотометър. Изследователите също така са проектирали носим спектрофотометър, който може да бъде интегриран в тъканта, където може да чете резултатите и да ги предава безжично към мобилно устройство.

„Това ви дава цикъл за обратна връзка с информация, който може да наблюдава вашето излагане на околната среда и да предупреждава вас и другите за експозицията и къде се случва“, казва Нгуен.

Диагностична маска за лице

Когато изследователите приключват работата си върху носими сензори в началото на 2020 г., Covid-19 започва да се разпространява по целия свят, така че те бързо решават да опитат да използват тяхната технология, за да създадат диагноза SARS-CoV-2.

За да произведат диагностична маска за лице, изследователите поставят лиофилизирани сензори SHERLOCK в хартиена маска. Както при носещите сензори, лиофилизираните компоненти са затворени в силиконова гума. В този случай сензорите се поставят вътре в маската, така че те могат да открият вирусни частици в същия човек, носещ маската.

Маската включва и малък резервоар с вода, който се освобождава с натискане на бутон, когато потребителят е готов да се яви на теста. Това хидратира лиофилизираните съставки на сензора SARS-CoV-2, който анализира дихателни капчици, натрупани вътре в маската, и дава резултат в рамките на 90 минути.

„Този ​​тест е толкова чувствителен, колкото златния стандарт, PCR тестовете са силно чувствителни, но толкова бързи, колкото и антигенните тестове, използвани за бърз анализ за Covid-19“, казва Нгуен.

Прототипите, разработени в това проучване, съдържат сензори вътре в маската за откриване на състоянието на потребителя, както и сензори, поставени от външната страна на дрехата, за откриване на излагане от околната среда. Изследователите могат също така да превключват сензори за други патогени, включително грип, ебола и зика, или сензорите, които са разработили за откриване на органофосфатни нервни агенти.

„С тези демонстрации ние по същество намалихме функционалността на съвременните съоръжения за молекулярно тестване до формат, съвместим със сценарии за носене в различни приложения“, казва Соенксен.

Изследователите са заявили патент за технологията и сега се надяват да работят с компания за по-нататъшно развитие на сензорите. Колинс казва, че маската за лице е може би първото приложение, което може да се направи достъпно.

„Мисля, че маската за лице е може би най-напредналата и най-близка до продукта. Вече имахме голям интерес от външни групи, които искат да предприемат нашите прототипни усилия и да ги авансират до одобрен и предлаган на пазара продукт.

Изследването е финансирано от Агенцията за намаляване на заплахите в отбраната; Paul G. Allen Frontiers Group; Институт Уайс; Johnson and Johnson Innovation JLABS; Институт Рагон в MGH, MIT и Харвард; Фондация Патрик Дж. Макгавърн.