Новая маска для лица может обнаружить COVID-19
Инженеры из MIT и Гарвардского университета создали прототип маски для лица, способной диагностировать COVID-19 у носящего её человека примерно за 90 минут. В маски встроены крошечные одноразовые сенсоры, которые также можно встраивать в другие маски и адаптировать для обнаружения других вирусов.
Сенсоры основаны на лиофилизированных (высушенных заморозкой) клеточных компонентах, которые исследовательская группа ранее разрабатывала для бумажных тестов на вирусы, такие как Эбола и Зика. В новом исследовании, опубликованном в Nature Biotechnology, учёные показали, что сенсоры можно встраивать не только в маски, но и в одежду, например, в лабораторные халаты. Это открывает новый способ мониторинга контакта медицинских работников с различными патогенами.
«Мы продемонстрировали, что можем лиофилизировать широкий спектр сенсоров синтетической биологии для обнаружения вирусных или бактериальных нуклеиновых кислот, а также токсичных химических веществ, включая нервно-паралитические токсины. Мы предполагаем, что эта платформа может обеспечить создание носимых биосенсоров нового поколения для спасателей, медицинского персонала и военных», — говорит Джеймс Коллинз, старший автор исследования.
Сенсоры в маске активируются самим пользователем, когда он готов провести тест. Результаты отображаются только на внутренней стороне маски для сохранения конфиденциальности.
Носимые сенсоры
Технология основана на более ранних разработках Коллинза: создании синтетических генных сетей на бумаге (2014) и системе SHERLOCK на основе ферментов CRISPR для высокочувствительного обнаружения нуклеиновых кислот (2017). Лиофилизированные компоненты клеточных цепей стабильны в течение многих месяцев и активируются водой, вступая в реакцию с мишенью (например, РНК или ДНК) и производя сигнал (изменение цвета, флуоресценцию).
Для интеграции в текстиль исследователи протестировали сотни тканей. Наилучшей оказалась комбинация полиэстера и других синтетических волокон. Лиофилизированные компоненты встраиваются в небольшой участок такой ткани, окружённый кольцом силиконового эластомера, что предотвращает испарение или диффузию образца.
В качестве демонстрации была создана куртка с ~30 такими сенсорами. Небольшая капля жидкости с вирусными частицами, имитирующая контакт с заражённым пациентом, может гидратировать компоненты и активировать сенсор. Сигнал можно считывать невооружённым глазом (изменение цвета) или с помощью портативного спектрометра. Исследователи также разработали носимый спектрометр, интегрируемый в ткань, который может передавать результаты на мобильное устройство по беспроводной связи.
Диагностическая маска для лица
С началом пандемии COVID-19 исследователи адаптировали технологию для создания диагностики вируса SARS-CoV-2.
В маску встроены лиофилизированные сенсоры SHERLOCK, окружённые силиконовым эластомером и размещённые на внутренней стороне для анализа частиц в дыхании пользователя. Маска также содержит небольшой резервуар с водой, который высвобождается нажатием кнопки для проведения теста. Гидратированные компоненты анализируют накопленные в маске капли дыхания и дают результат в течение 90 минут.
«Этот тест так же чувствителен, как высокочувствительные ПЦР-тесты "золотого стандарта", но так же быстр, как антигенные тесты для быстрого анализа COVID-19», — говорит Питер Нгуен.
Прототипы в исследовании включают сенсоры внутри маски (для статуса пользователя) и снаружи одежды (для обнаружения воздействия из окружающей среды). Сенсоры можно заменять для обнаружения других патогенов (грипп, Эбола, Зика) или химических угроз, таких как фосфорорганические нервно-паралитические агенты.
«Этими демонстрациями мы, по сути, уменьшили функциональность современных молекулярных лабораторий до формата, совместимого с носимой электроникой для различных сценариев применения», — отмечает Луис Соенксен.
Исследователи подали заявку на патент и надеются на сотрудничество с компанией для дальнейшей разработки. По словам Коллинза, маска для лица, вероятно, станет первым коммерчески доступным продуктом на этой платформе.