传感器,愿景

面膜原型可以检测Covid-19感染

麻省理工学院和哈佛大学的工程师设计了一种原型面罩,可以在大约90分钟内使用Covid-19诊断戴着面罩的人,可用于检测其他病原体和化学品。

由Anne Trafton. 2021年6月30日
礼貌:Felice Frankel和MIT新闻办公室

麻省理工学院和哈佛大学的工程师设计了一种新型面罩,可以在90分钟内诊断有Covid-19的佩戴者。面具嵌入有微小的一次性传感器,可以安装在其他面罩中,并且也可以适应检测其他病毒。

传感器基于冻干的蜂窝机械,研究团队以前已经开发用于纸质诊断的病毒,例如埃博拉和ZIKA。在一项新的研究中,研究人员表明,传感器不仅可以纳入面部面膜,还可以纳入诸如实验室外套的服装,可能提供一种新的方式来监测医疗保健工作者暴露于各种病原体或其他威胁。

“我们已经证明,我们可以冻干 - 干燥广泛的合成生物传感器以检测病毒或细菌核酸,以及包括神经毒素的有毒化学物质。We envision that this platform could enable next-generation wearable biosensors for first responders, health care personnel, and military personnel,” said James Collins, the Termeer Professor of Medical Engineering and Science in MIT’s Institute for Medical Engineering and Science (IMES) and Department of Biological Engineering, and lead author of the study.

面罩传感器设计成使得当它们准备执行测试时,它们可以由佩戴者激活,并且结果仅显示在掩码的内部,以供用户隐私。

Peter Nguyen, a research scientist at Harvard University’s Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, and Luis Soenksen, a Venture Builder at MIT’s Abdul Latif Jameel Clinic for Machine Learning in Health and a former postdoc at the Wyss Institute, are the lead authors of the paper, which appears in自然生物技术

麻省理工学院和哈佛大学的工程师设计了一种原型面罩,可以在大约90分钟内使用Covid-19诊断戴面罩的人。该技术还可用于设计可穿戴传感器,用于各种其他病原体或有毒化学品。礼貌:Felice Frankel和MIT新闻办公室

麻省理工学院和哈佛大学的工程师设计了一种原型面罩,可以在大约90分钟内使用Covid-19诊断戴面罩的人。该技术还可用于设计可穿戴传感器,用于各种其他病原体或有毒化学品。礼貌:Felice Frankel和MIT新闻办公室

可穿戴传感器

新型可穿戴传感器和诊断面罩基于柯林斯几年前开始发展的技术。2014年,他表明,蛋白质和核酸所需的蛋白质和核酸可以嵌入纸上,以嵌入纸张中,并利用这种方法为埃博拉和埃博拉造成纸质诊断Zika.病毒。在2017年与冯张的实验室合作,柯林斯开发了另一种无细胞传感器系统,称为Sherlock.,这是基于CRISPR酶,并允许对核酸的高敏感性检测。

将这些无细胞电路组分冷冻干燥并保持稳定,直至它们再水化。当被水激活时,它们可以与其目标分子相互作用,其可以是任何RNA或DNA序列,以及其他类型的分子,并产生诸如颜色变化的信号。

最近,柯林斯和他的同事开始努力将这些传感器纳入纺织品,其目标是为医疗保健工作者或其他潜在暴露于病原体的实验室外套。

首先,Soenksen通过棉花和涤纶进行了数百种不同类型的织物,从羊毛和丝绸进行了一系列,以了解它可能与这种传感器兼容。“我们最终确定了一对非常广泛应用于衣服的夫妇,为衣服,”他说。“最好的是聚酯和其他合成纤维的组合。”

为了制造可穿戴传感器,研究人员将它们的冻干组分嵌入到这种合成织物的一小部分中,在那里它们被硅氧烷弹性体环包围。该隔间化可防止样品蒸发或扩散远离传感器。为了展示该技术,研究人员创造了一种夹套,嵌入其中约30个传感器。

研究人员在面具内侧嵌入传感器,以检测佩戴面罩的人的呼吸中的病毒颗粒。掩模还包括当佩戴者准备执行测试时按下按钮释放的小水库。礼貌:马萨诸塞术学院

研究人员在面具内侧嵌入传感器,以检测佩戴面罩的人的呼吸中的病毒颗粒。掩模还包括当佩戴者准备执行测试时按下按钮释放的小水库。礼貌:马萨诸塞术学院

他们表明,含有病毒颗粒的液体小溅射,模仿暴露于受感染的患者,可以将冷冻干燥的细胞组分水合并激活传感器。传感器可以设计成产生不同类型的信号,包括可以用肉眼观察的颜色变化,或者可以用手持光谱仪读取荧光或发光信号。研究人员还设计了一种可穿戴光谱仪,可以集成到织物中,在那里它可以读取结果并将它们无线传输到移动设备。

“这为您提供了一个信息反馈周期,可以监控您的环境曝光,并提醒您和其他人关于曝光以及发生在哪里,”Nguyen说。

诊断面罩

由于研究人员在2020年初完成了在可穿戴传感器上的工作,Covid-19开始遍布全球,因此他们很快决定尝试使用他们的技术为SARS-COV-2病毒创建诊断。

为了生产他们的诊断面罩,研究人员将冷冻干燥的Sherlock传感器嵌入到纸罩中。与可穿戴传感器一样,冷冻干燥的组分被硅氧烷弹性体包围。在这种情况下,传感器被放置在掩模的内部,因此它们可以检测佩戴面罩的人的呼吸中的病毒颗粒。

掩模还包括当佩戴者准备执行测试时按下按钮释放的小水库。这将SAR-COV-2传感器的冷冻干燥组分水合物分析在掩模内部的累积呼吸液滴,并在90分钟内产生结果。

“该测试与黄金标准,高敏感的PCR试验一样敏感,但它与用于快速分析Covid-19的抗原测试一样快,”Nguyen表示。

本研究中开发的原型具有在掩模内部的传感器,以检测用户的状态,以及放置在服装外侧的传感器,以检测环境暴露。研究人员还可以在传感器中交换其他病原体,包括流感,埃博拉和Zika,或者他们已经开发出有机磷神经剂的传感器。

“通过这些演示,我们基本上缩小了最先进的分子测试设施的功能,以与各种应用的可穿戴情景兼容的格式,”索努克伦说。

研究人员已经提出了该技术的专利,现在他们希望与公司合作,进一步发展传感器。柯林斯说,面膜很可能是可以提供的第一个可用的应用程序。

“我认为面膜可能是最先进,最接近产品。我们已经有很多来自外部团体的兴趣,希望采取我们拥有的原型努力,并向他们推进批准的销售产品,“他说。

- 由Chris Vavra,Web Content Manager编辑,控制工程,CFE媒体和技术,cvavra@cfemedia.com.


安妮特拉顿