Senzorii se bazează pe electronice celulare liofilizate pe care echipa de cercetare le-a dezvoltat anterior pentru a fi utilizate în diagnosticarea Ebola și Zika. Într-un nou studiu, cercetătorii au arătat că senzorii ar putea fi încorporați nu numai în măști de față, ci și în îmbrăcăminte, cum ar fi haine de laborator, oferind potențial o nouă modalitate de a monitoriza expunerea lucrătorilor din domeniul sănătății la o varietate de agenți patogeni sau alte amenințări.
„Am demonstrat că putem usca prin congelare o gamă largă de senzori de biologie sintetică pentru a detecta acizii nucleici virali sau bacterieni, precum și substanțele chimice toxice, inclusiv toxinele nervoase. Avem în vedere că această platformă ar putea permite biosenzorilor purtabili de generația următoare pentru primii respondenți, personalul medical și personalul militar ”, spune James Collins, profesor de inginerie medicală și știință din Institutul pentru inginerie și știință medicală (IMES) din MIT și autorul principal al studiului.
Senzorii măștii de față sunt proiectați astfel încât să poată fi activați de către purtător atunci când sunt gata să efectueze testul, iar rezultatele sunt afișate numai în interiorul măștii, pentru confidențialitatea utilizatorului.
Peter Nguyen, cercetător la Institutul Wyss al Universității Harvard, și Luis Soenksen, de la Clinica Abdul Latif Jameel pentru învățarea automată în sănătate a MIT, sunt autorii principali ai lucrării, care apare marți în Nature Biotechnology.
Senzori purtabili
Noii senzori purtabili și masca de diagnosticare a feței se bazează pe tehnologia pe care Collins a început să o dezvolte în urmă cu câțiva ani. În 2014, el a arătat că proteinele și acizii nucleici necesari pentru a crea rețele genetice sintetice care reacționează la molecule țintă specifice ar putea fi încorporate în hârtie și a folosit această abordare pentru a crea tehnnologii de diagnosticare pentru virusurile Ebola și Zika. În colaborare cu laboratorul lui Feng Zhang în 2017, Collins a dezvoltat un alt sistem de senzori fără celule, cunoscut sub numele de SHERLOCK, care se bazează pe enzime CRISPR și permite detectarea foarte sensibilă a acizilor nucleici.
Aceste componente ale circuitului fără celule sunt liofilizate și rămân stabile timp de mai multe luni, până când sunt rehidratate. Atunci când sunt activate de apă, acestea pot interacționa cu molecula lor țintă, care poate fi orice secvență de ARN sau ADN, precum și alte tipuri de molecule și pot produce un semnal, cum ar fi schimbarea culorii.
Mai recent, Collins și colegii săi au început să lucreze la încorporarea acestor senzori în textile, cu scopul de a crea o haină de laborator pentru lucrătorii din domeniul sănătății sau alții cu potențială expunere la agenți patogeni.
În primul rând, Soenksen a realizat un ecran cu sute de tipuri diferite de țesături, de la bumbac și poliester la lână și mătase, pentru a afla care ar putea fi compatibile cu acest tip de senzor. „Am ajuns să identificăm un cuplu foarte utilizat pe scară largă în industria modei pentru confecționarea articolelor de îmbrăcăminte”, spune el. „Cea mai bună a fost o combinație de poliester și alte fibre sintetice.”
Pentru a face senzori purtabili, cercetătorii și-au încorporat componentele liofilizate într-o mică secțiune a acestei țesături sintetice, unde sunt înconjurate de un inel din elastomer de silicon. Această compartimentare împiedică evaporarea sau difuzarea probei de la senzor. Pentru a demonstra tehnologia, cercetătorii au creat o jachetă încorporată cu aproximativ 30 dintre acești senzori.
Au arătat că o mică stropire de lichid care conține particule virale, mimând expunerea la un pacient infectat, poate hidrata componentele celulei liofilizate și poate activa senzorul. Senzorii pot fi proiectați pentru a produce diferite tipuri de semnale, inclusiv o schimbare de culoare care poate fi văzută cu ochiul liber sau un semnal fluorescent sau luminiscent, care poate fi citit cu un spectrometru portabil. Cercetătorii au proiectat, de asemenea, un spectrometru portabil care ar putea fi integrat în țesătură, unde poate citi rezultatele și le poate transmite fără fir către un dispozitiv mobil.
„Acest lucru vă oferă un ciclu de feedback cu informații care vă poate monitoriza expunerea la mediu și vă poate alerta pe dvs. și pe ceilalți cu privire la expunere și unde s-a întâmplat”, spune Nguyen.
O mască care pune diagnostic
În timp ce cercetătorii își terminau activitatea la senzorii purtabili la începutul anului 2020, Covid-19 a început să se răspândească pe tot globul, așa că au decis rapid să încerce să folosească tehnologia lor pentru a crea un diagnostic pentru virusul SARS-CoV-2.
Pentru a-și produce masca de diagnostic, cercetătorii au încorporat senzori SHERLOCK liofilizați într-o mască de hârtie. Ca și în cazul senzorilor purtabili, componentele liofilizate sunt înconjurate de elastomer siliconic. În acest caz, senzorii sunt așezați în interiorul măștii, astfel încât să poată detecta particulele virale din respirația persoanei care poartă masca.
Masca include, de asemenea, un mic rezervor de apă care este eliberat prin simpla apăsare a unui buton atunci când purtătorul este gata să efectueze testul. Aceasta hidratează componentele liofilizate ale senzorului SARS-CoV-2, care analizează picăturile de respirație acumulate în interiorul măștii și produce un rezultat în termen de 90 de minute.
„Acest test este la fel de sensibil ca testele PCR standard de aur, foarte sensibile, dar este la fel de rapid ca testele antigenului care sunt utilizate pentru analiza rapidă a Covid-19”, spune Nguyen.
