В США создали маску для лица, способную выявлять COVID-19

В США создали маску для лица, способную выявлять коронавирус. Использованная в ней сенсорная технология также может быть использована для создания одежды, способной обнаруживать различные патогены и другие угрозы, сообщает ScitechDaily.

Инженеры Массачусетского технологического института и Гарвардского университета разработали новую маску для лица, которая может диагностировать у ее владельца COVID-19 примерно за 90 минут. В маски встроены крошечные датчики, которые при необходимости могут быть адаптированы для обнаружения и других вирусов.

Датчики основаны на лиофилизированной клеточной системе, которую исследовательская группа ранее разработала для использования в бумажных диагностических устройствах для вирусов Эбола и Зика. Датчики могут быть встроены не только в маски для лица, но и в одежду, например в лабораторные халаты, что потенциально может стать основой для создания нового способа мониторинга подверженности медицинских работников различным патогенам или другим угрозам.

«Мы продемонстрировали, что можем сублимировать широкий спектр синтетических биологических сенсоров для обнаружения вирусных или бактериальных нуклеиновых кислот, а также токсичных химикатов, включая отравляющие вещества нервно-паралитического действия. Мы предполагаем, что эта платформа позволит использовать портативные биосенсоры нового поколения службами быстрого реагирования, медицинским и военным персоналом», – сказал Джеймс Коллинз, профессор биомедицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института и старший автор исследования.

По теме: COVID-19 может вызывать диабет: что известно на данный момент

Датчики в масках для лица спроектированы таким образом, что их может активировать пользователь, когда он будет готов к выполнению теста на наличие коронавируса. Результаты проверки отображаются только на внутренней стороне маски для обеспечения конфиденциальности.

Портативные датчики

Новые портативные датчики и диагностическая маска для лица основаны на технологии, которую Коллинз начал разрабатывать несколько лет назад. В 2014 году он показал, что белки и нуклеиновые кислоты, необходимые для создания синтетических генных сетей, которые реагируют на определенные целевые молекулы, могут быть встроены в бумагу, и использовал этот подход для создания бумажных средств диагностики вирусов Эбола и Зика. В сотрудничестве с лабораторией Фэн Чжана в 2017 году Коллинз разработал еще одну бесклеточную сенсорную систему, известную как SHERLOCK, которая основана на ферментах CRISPR и позволяет высокочувствительно обнаруживать нуклеиновые кислоты вирусов или патогенов.

Эти бесклеточные компоненты схемы лиофилизируются и остаются стабильными в течение многих месяцев до регидратации. При активации водой они способны взаимодействовать со своей целевой молекулой, которая может быть любой РНК- или ДНК-последовательностью, а также другими типами молекул, и подавать сигнал об обнаружении этой целевой молекулы через изменение цвета.

Совсем недавно Коллинз и его коллеги начали работать над внедрением этих датчиков в текстильные изделия с целью создания лабораторного халата для медицинских работников или других лиц, потенциально подверженных воздействию патогенов.

Во-первых, они провели анализ сотен различных типов ткани (от хлопка и полиэстера до шерсти и шелка), чтобы выяснить, какие из них совместимы с этим типом датчика. В итоге выяснилось, что лучше всего для этих целей подходит сочетание полиэстера с другими синтетическими волокнами.

После этого исследователи встроили датчики в лиофилизированные компоненты в небольшой участок этой синтетической ткани, где они окружены кольцом из силиконового эластомера. Такое разделение на части предотвращает испарение влаги или распространение образца за пределы датчика. Датчики могут быть спроектированы так, чтобы генерировать различные типы сигналов, включая изменение цвета, которое можно увидеть невооруженным глазом, или флуоресцентный или люминесцентный сигнал, который можно считывать с помощью портативного спектрометра.

Диагностическая маска для лица

Когда исследователи заканчивали свою работу над портативными датчиками в начале 2020 года, COVID-19 начал распространяться по всему миру, поэтому они незамедлительно решили попробовать использовать свою технологию для диагностики вируса SARS-CoV-2.

По теме: Риск для здоровья есть, но главное не это: что думает иммунолог о прививках от COVID-19

Чтобы изготовить диагностическую маску для лица, исследователи встроили лиофилизированные датчики SHERLOCK в бумажную маску. Датчики могут обнаруживать вирусные частицы в дыхании человека, носящего маску.

Маска также включает в себя небольшой резервуар с водой, которая выпускается нажатием кнопки, когда пользователь готов к выполнению теста. Это увлажняет лиофилизированные компоненты датчика SARS-CoV-2, который обрабатывает и анализирует скопившиеся капли изо рта внутри маски и дает результат в течение 90 минут.

Этот тест так же чувствителен, как золотой стандарт, высокочувствительные ПЦР-тесты, но он так же быстр, как тесты на антитела, которые используются для быстрого анализа на наличие COVID-19.

Прототипы, разработанные в этом исследовании, имеют датчики на внутренней стороне маски для определения статуса пользователя, а также датчики, размещенные на внешней стороне одежды, для обнаружения воздействия окружающей среды. Исследователи могут заменить датчики в маске для выявления других патогенов, включая грипп, лихорадку Эбола и вирус Зика, или для обнаружения фосфорорганических нервно-паралитических веществ.

Исследователи подали заявку на патент на эту технологию, и теперь они надеются на сотрудничество с какой-либо компанией для дальнейшей разработки сенсоров. По словам Коллинза, маска для лица – это, скорее всего, первый прибор с этой технологией, который может стать доступным, но о сроках пока говорить рано.