Inženjeri sa MIT-a i Univerziteta Harvard osmislili su novu masku za lice koja može detektovati Covid-19 u roku od samo 90 minuta. Maske su izrađene sa sićušnim senzorima i za jednokratnu su upotrebu, takođe se mogu prilagoditi za otkrivanje prisustva i drugih virusa.
Ovi senzori su već bili razvijeni i koristili su se za dijagnostiku bolesti poput ebole i zike. U novoj studiji, istraživači su pokazali da se senzori mogu ugraditi ne samo u maske za lice, već i u odeću, kao što su laboratorijski ogrtači, što potencijalno nudi novi način praćenja izloženosti zdravstvenih radnika raznim patogenima ili drugim pretnjama.
„Pokazali smo da možemo zamrzavanjem osušiti širok spektar sintetičkih bioloških senzora za otkrivanje virusnih ili bakterijskih nukleinskih kiselina, kao i toksičnih hemikalija, uključujući nervne toksine. Zamišljamo da bi ova platforma mogla omogućiti nosive biosenzore nove generacije za hitne intervencije, zdravstveno osoblje i vojno osoblje “, kaže James Collins, profesor medicinskog inženjerstva i nauke iz Termeera na Institutu za medicinsko inženjerstvo i nauku (IMES) i odeljenju MIT-a biološkog inženjeringa.
Senzori maski za lice dizajnirani su tako da ih korisnik može aktivirati kada je spreman za izvođenje testa, a rezultati se prikazuju samo na unutrašnjoj strani maske, radi privatnosti korisnika.
Novi prenosivi senzori i dijagnostička maska za lice zasnovani su na tehnologiji koju je Collins počeo razvijati pre nekoliko godina. Još 2014.godine pokazao je da se proteini i nukleinske kiseline potrebni za stvaranje sintetičkih genskih mreža koje reaguju na određene ciljne molekule mogu ugraditi u papir, a ovaj pristup je iskoristio za kreiranje papirne dijagnostike za viruse ebole i zike. U saradnji sa laboratorijom Feng Zhang-a 2017. godine, Collins je razvio još jedan senzorski sistem bez ćelija, poznat kao SHERLOCK, koji je zasnovan na enzimima CRISPR i omogućava visoko osetljivu detekciju nukleinskih kiselina.
Ove komponente kola bez ćelija suše se zamrzavanjem i ostaju stabilne mnogo meseci, sve dok se ne rehidriraju. Kada ih aktivira voda, mogu stupiti u interakciju sa svojim ciljnim molekulom, koji može biti bilo koja RNK ili DNK sekvenca, kao i sa drugim vrstama molekula, i proizvesti signal kao što je promena boje.
Da bi napravili senzore za nošenje, istraživači su ugradili svoje liofilizirane komponente u mali deo sintetičke tkanine, gde su okruženi prstenom od silikonskog elastomera. Ovo sprečava da uzorak ispari ili da se rasprši dalje od senzora. Da bi demonstrirali tehnologiju, istraživači su stvorili jaknu sa oko 30 ovih senzora.
Pokazali su da malo prskanje tečnosti koja sadrži virusne čestice, oponašajući izloženost zaraženom pacijentu, može hidratizirati komponente zamrznute ćelije i aktivirati senzor. Senzori mogu biti projektovani za proizvodnju različitih vrsta signala, uključujući promenu boje koja se može videti golim okom, ili fluorescentni ili luminiscentni signal, koji se može očitati ručnim spektrometrom. Istraživači su takođe dizajnirali nosivi spektrometar koji se može integrisati u tkaninu, gde može čitati rezultate i bežično ih prenositi na mobilni uređaj.
Dok su istraživači završavali svoj rad na nosivim senzorima početkom 2020. godine, Covid-19 se počeo širiti po cijelom svijetu, pa su brzo odlučili pokušati koristiti svoju tehnologiju za stvaranje dijagnostike za virus SARS-CoV-2.
Da bi proizveli svoju dijagnostičku masku za lice, istraživači su ugradili liofilizirane SHERLOCK senzore u papirnu masku. Kao i kod senzora za nošenje, liofilizirane komponente okružene su silikonskim elastomerom. U ovom slučaju, senzori su postavljeni sa unutrašnje strane maske, tako da mogu otkriti virusne čestice u dahu osobe koja nosi masku.
Maska takođe uključuje mali rezervoar vode koji se ispušta pritiskom na dugme kada je nosilac spreman za izvođenje testa. Ovo hidrira liofilizirane komponente senzora SARS-CoV-2, koji analizira nakupljene kapljice daha na unutrašnjosti maske i daje rezultat u roku od 90 minuta.
„Ovaj test je osetljiv koliko i zlatni standard, visoko osetljivi PCR testovi, ali brz je koliko i testovi na antigene koji se koriste za brzu analizu Covid-19“, kaže Nguien.
Prototipovi razvijeni u ovoj studiji imaju senzore sa unutrašnje strane maske za otkrivanje statusa korisnika, kao i senzore postavljene sa spoljne strane odeće, za otkrivanje izloženosti iz okoline. Istraživači takođe mogu zameniti senzore za druge patogene, uključujući grip, ebolu i ziku, ili senzore koje su razvili za otkrivanje organofosfatnih nervnih agenasa.
Istraživači su podnijeli patent za tehnologiju i sada se nadaju da će sarađivati sa kompanijom na daljem razvoju senzora. Maska za lice je najverovatnije prva aplikacija koja bi mogla biti dostupna, kaže Collins.
