Maskerprototype kan COVID-19-infectie detecteren

Ingenieurs ontwierpen een nieuw gezichtsmasker dat de drager binnen ongeveer 90 minuten kan diagnosticeren met COVID-19. De maskers zijn ingebed met kleine wegwerpsensoren die in andere gezichtsmaskers kunnen worden gepast en die ook kunnen worden aangepast om andere virussen te detecteren.

De sensoren zijn gebaseerd op gevriesdroogde cellulaire machines die het onderzoeksteam eerder ontwikkelde voor gebruik in papierdiagnostiek voor virussen zoals ebola en zika. In een nieuwe studie toonde het team aan dat de sensoren niet alleen in gezichtsmaskers kunnen worden geïntegreerd, maar ook in kleding zoals laboratoriumjassen, wat mogelijk een nieuwe manier biedt om de blootstelling van gezondheidswerkers aan een verscheidenheid aan ziekteverwekkers of andere bedreigingen te controleren.

Het team toonde het vermogen aan om een ​​breed scala aan synthetische biologiesensoren te vriesdrogen om virale of bacteriële nucleïnezuren te detecteren, evenals giftige chemicaliën, waaronder zenuwtoxines. De gezichtsmaskersensoren zijn zo ontworpen dat ze door de drager kunnen worden geactiveerd wanneer ze klaar zijn om de test uit te voeren en de resultaten worden alleen aan de binnenkant van het masker weergegeven voor de privacy van de gebruiker.

De eiwitten en nucleïnezuren die nodig zijn om synthetische gennetwerken te creëren die reageren op specifieke doelwitmoleculen, zouden in papier kunnen worden ingebed. Een ander celvrij sensorsysteem, bekend als SHERLOCK, is gebaseerd op CRISPR-enzymen en maakt zeer gevoelige detectie van nucleïnezuren mogelijk.

Deze celvrije circuitcomponenten zijn gevriesdroogd en blijven vele maanden stabiel totdat ze opnieuw worden gehydrateerd. Wanneer ze worden geactiveerd door water, kunnen ze een interactie aangaan met hun doelmolecuul, dat elke RNA- of DNA-sequentie kan zijn, evenals andere soorten moleculen, en een signaal produceren zoals een verandering in kleur. De onderzoekers begonnen deze sensoren in textiel te verwerken, met als doel een laboratoriumjas te maken voor gezondheidswerkers of anderen die mogelijk worden blootgesteld aan ziekteverwekkers.

Eerst voerde het team een ​​scherm uit van honderden verschillende soorten stof, van katoen en polyester tot wol en zijde, om erachter te komen welke compatibel zou kunnen zijn met dit soort sensor. Het beste was een combinatie van polyester en andere synthetische vezels. Om draagbare sensoren te maken, hebben de onderzoekers hun gevriesdroogde componenten ingebed in een klein deel van deze synthetische stof, waar ze zijn omgeven door een ring van siliconenelastomeer. Deze compartimentering voorkomt dat het monster verdampt of van de sensor weg diffundeert. Om de technologie te demonstreren, hebben de onderzoekers een jas gemaakt waarin ongeveer 30 van deze sensoren zijn ingebouwd.

Ze toonden aan dat een klein scheutje vloeistof met virale deeltjes, die blootstelling aan een geïnfecteerde patiënt nabootst, de gevriesdroogde celcomponenten kan hydrateren en de sensor kan activeren. De sensoren kunnen worden ontworpen om verschillende soorten signalen te produceren, waaronder een kleurverandering die met het blote oog kan worden waargenomen of een fluorescerend of lichtgevend signaal dat kan worden gelezen met een draagbare spectrometer. Ze ontwierpen ook een draagbare spectrometer die in de stof kan worden geïntegreerd, waar hij de resultaten kan lezen en draadloos naar een mobiel apparaat kan verzenden.

Om het diagnostische gezichtsmasker te produceren, heeft het team gevriesdroogde SHERLOCK-sensoren ingebed in een papieren masker. Net als bij de draagbare sensoren zijn de gevriesdroogde componenten omgeven door siliconenelastomeer. In dit geval worden de sensoren aan de binnenkant van het masker geplaatst, zodat ze virale deeltjes kunnen detecteren in de adem van de persoon die het masker draagt.

Het masker bevat ook een klein reservoir met water dat met een druk op de knop wordt vrijgegeven wanneer de drager klaar is om de test uit te voeren. Dit hydrateert de gevriesdroogde componenten van de SARS-CoV-2-sensor, die opgehoopte ademdruppels aan de binnenkant van het masker analyseert en binnen 90 minuten een resultaat oplevert.

De prototypes hebben sensoren aan de binnenkant van het masker om de status van een gebruiker te detecteren, evenals sensoren die aan de buitenkant van kledingstukken zijn geplaatst om blootstelling vanuit de omgeving te detecteren. De onderzoekers kunnen ook sensoren inruilen voor andere ziekteverwekkers, waaronder griep, ebola en zika, of sensoren die ze hebben ontwikkeld om organofosfaat-zenuwstoffen te detecteren.