科学家研发新型口罩可检测新冠病毒

TechRanger 7月 15, 2021 1.33w 浏览 0

口罩嵌入可穿戴生物传感器能够快速、准确地检测COVID-19病毒及其他病原体和毒素。近日，哈佛大学参与研发出一种新型口罩可检测新冠病毒。

哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和麻省理工学院的一组研究人员找到了一种将合成生物学反应嵌入织物的方法，创造了可定制的穿戴式生物传感器，可以检测病原体和毒素并提醒佩戴者。该团队已将该技术整合到wFDCF标准口罩中，以检测患者呼吸中是否存在SARS-CoV-2病毒。

佩戴者按下wFDCF面罩上的按钮，将少量水释放到系统中，可在90分钟内进行聚合酶链反应（PCR）核酸标准诊断测试，取得相当的准确度结果。该成果发表在《Nature Biotechnology自然生物技术》上。

该团队表示，可将整个诊断实验室缩小到一个小型的、基于合成生物学的传感器，可与任何面罩配合使用，并将PCR检试的高精度与抗原测试的速度和低成本相结合。除了口罩外，还可可编程生物传感器整合到其他服装或织物中，以提供对危险物质的移动检测，包括病毒、细菌、毒素和化学制剂。

SARS-CoV-2生物传感器是三年研究成果，一种可穿戴冷冻干燥无细胞（wFDCF）技术，涉及提取和冷冻干燥细胞用于读取DNA并产生RNA和蛋白质的分子机制。这些生物元素在很长一段时间内都是稳定的，启动它们很简单：只需加水。可以添加合成遗传电路来创建生物传感器，该传感器可以响应目标分子的存在而产生可检测的信号。

这项技术曾应用于2015年Zika病毒爆发时诊断，可以检测病原体衍生的RNA分子，并将它们与有色或荧光指示蛋白结合，然后嵌入遗传电路到木质纸上而成为廉价、准确、便携的诊断工具。在成功将生物传感器嵌入纸张后，该团队将目光投向了可穿戴设备。

然后，因应2020年COVID-19大流行来袭，该团队提出了将wFDCF集成到口罩中以检测SARS-CoV-2的想法。整个项目从2020年5月开始在隔离或严格的社会隔离下完成。

他们创建的COVID-19检测口罩，最终产品由三种不同的冻干生物反应组成，通过按钮从水库中释放水来依次启动这些反应。

第一个反应是切开SARS-CoV-2 病毒的膜以暴露其RNA。
第二个反应是一个扩增步骤，从病毒RNA 中生成大量Spike 编码基因的双链拷贝。
最后的反应使用基于CRISPR 的SHERLOCK 技术来检测任何Spike 基因片段，作为响应，将探针分子切成两个较小的片段，然后通过侧向流检测，是否有任何可切割的Spike 片段取决于患者呼吸中是否有SARS-CoV-2。

这种差异反映在设备读数部分出现的简单线条图案的变化上，类似于简易型验孕棒试验。

wFDCF口罩是首个SARS-CoV-2核酸检测，其准确率可与当前的标准RT-PCR检测相媲美，同时在室温下完全运行，无需加热或冷却仪器，并允许快速筛查实验室外的患者样本。也就是说，这项检测过程，冷冻干燥、无细胞合成生物学技术可以扩展到可穿戴设备，并用于新型诊断应用，包括口罩诊断的开发。口罩诊断省略了电子元件，有利于易于制造和低成本，但将更多的永久性元件整合到系统中开辟了广泛的其他可能应用。获取更多前沿科技研究进展访问：https://byteclicks.com

在他们的论文中，研究人员证明，可以将光纤电缆网络整合到他们的wFCDF技术中，以检测生物反应产生的荧光，从而以高精度检测目标分子。这种数字信号可以发送到智能手机应用程序，让佩戴者能够监控他们接触大量物质的情况。

这项技术可以被纳入研究危险材料或病原体的科学家的实验室外套，医生和护士防护衣，或可能暴露于危险病原体或毒素（如神经毒气）的急救人员和军事人员的制服。该团队正在积极寻找有兴趣帮助大规模生产，可在COVID-19大流行期间使用的口罩诊断工具以及检测其他生物和环境危害的制造合作伙伴。

这项研究得到了国防机构HDTRA1-14-1-0006、Paul G. Allen Frontiers Group、Wyss生物启发工程研究所、哈佛大学、娇生公司的支持。

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