Tufts-ingenieurs onthullen draagbare sensor om ziekteverwekkers, toxines en gevaarlijke chemicaliën te detecteren

Tufts Universiteit, Medford, MA

Onderzoekers van de Tufts School of Engineering hebben een methode ontwikkeld om bacteriën, gifstoffen en gevaarlijke chemicaliën in het milieu te detecteren met een biopolymeersensor die als inkt op een breed scala aan materialen kan worden geprint, waaronder wearables.

Met behulp van een enzym dat lijkt op dat van vuurvliegjes, gloeit de sensor – die is gebaseerd op computergestuurd ontworpen eiwitten en zijdefibroïne gewonnen uit de cocons van de zijdemot Bombyx Mori – wanneer hij deze onzichtbare bedreigingen detecteert.

De biopolymeersensor kan ook worden ingebed in films, sponzen en filters, of worden gegoten als plastic om gevaren in de lucht en in het water te bemonsteren en te detecteren, of worden gebruikt om infecties in ons lichaam te signaleren.

De sensoren vereisen momenteel een spray met een niet-giftige chemische stof nadat ze mogelijk zijn blootgesteld aan bacteriën, gifstoffen en gevaarlijke chemicaliën. Als het doel aanwezig is, genereert de sensor licht; de intensiteit van het uitgestraalde licht geeft een kwantitatieve maatstaf voor de concentratie van het doel.

“De combinatie van in het laboratorium ontworpen eiwitten en zijde is een sensorplatform dat kan worden aangepast om een breed scala aan chemische en biologische agentia met een hoge mate van specificiteit en gevoeligheid te detecteren”, zegt professor Fiorenzo Omenetto, directeur van Tufts SilkLab. “SARS-CoV-2- en anti-hepatitis B-antilichamen kunnen bijvoorbeeld worden gemeten op niveaus die tests thuis benaderen.”

Het sensorelement is modulair, zodat ontwikkelaars nieuw ontworpen eiwitten kunnen inwisselen om specifieke ziekteverwekkers of moleculen te meten, terwijl het lichtgevende mechanisme hetzelfde blijft.

“Met behulp van de sensor kunnen we sporenniveaus van SARS-CoV-2 in de lucht oppikken, of we kunnen ons voorstellen dat we deze kunnen aanpassen om zich aan te passen aan wat de volgende bedreiging voor de volksgezondheid ook mag zijn”, aldus Omenetto.

De sensoren kunnen verschillende vormen aannemen, zoals blijkt uit het onderzoeksteam dat virale detectiedrones creëerde waarin hun romp was ingebed met het sensormateriaal. Tijdens de vlucht sturen de propellers de luchtstroom door het poreuze lichaam van de drone, wat na de landing kan worden onderzocht. De drones, die in dit geval reageerden op ziekteverwekkers in de lucht, zouden het mogelijk kunnen maken om omgevingen vanaf een veilige afstand te monitoren.

De onderzoekers testten de houdbaarheid van materialen ingebed met SARS-CoV-2-sensoren nadat ze deze vier maanden bij 60 °C hadden bewaard en vonden zeer weinig prestatieverandering.

“Dit betekent dat we deze sensorinterfaces voor langere tijd kunnen produceren, distribueren en opslaan zonder hun gevoeligheid of nauwkeurigheid te verliezen en zonder de noodzaak van gekoelde opslag, wat opmerkelijk is vanwege het feit dat ze van eiwitten zijn gemaakt”, zegt Luciana d’Amone, co-leider van het project. Bovendien zou het de formaten van de sensoren kunnen uitbreiden.

“Je zou bijvoorbeeld chirurgische maskers kunnen maken die ziekteverwekkers kunnen detecteren, ze in dozen kunnen verpakken en ze na verloop van tijd kunnen gebruiken, net als conventionele maskers”, aldus d’Amone. "We hebben ook laten zien dat je de sensor in voedselverpakkingen kunt printen om bederf en gifstoffen op te sporen. Je kunt zoveel producten die we dagelijks gebruiken aanpassen met detectie, en ze opslaan en gebruiken zoals je dat normaal zou doen."

Het team heeft sensortoepassingen voor ogen, variërend van persoonlijke en patiëntmonitoring en infectiebeheersing in gezondheidszorgomgevingen tot omgevingsdetectie in huizen, op de werkplek, in het leger en in rampgebieden.

Neem voor meer informatie contact op met Mike Silver op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; 617-627-0545.