마스크 프로토타입으로 COVID-19 감염을 감지할 수 있음

엔지니어들은 착용자가 약 90분 이내에 COVID-19를 진단할 수 있는 새로운 안면 마스크를 설계했습니다. 마스크에는 다른 안면 마스크에 장착할 수 있고 다른 바이러스를 감지하도록 조정할 수 있는 작은 일회용 센서가 내장되어 있습니다.

센서는 연구팀이 이전에 에볼라 및 지카와 같은 바이러스에 대한 종이 진단에 사용하기 위해 개발한 동결 건조 세포 기계를 기반으로 합니다. 새로운 연구에서 팀은 센서가 안면 마스크뿐만 아니라 실험복과 같은 의복에도 통합될 수 있음을 보여주었으며 잠재적으로 다양한 병원체 또는 기타 위협에 대한 의료 종사자의 노출을 모니터링하는 새로운 방법을 제공할 수 있습니다.

이 팀은 바이러스 또는 박테리아 핵산과 신경 독소를 포함한 독성 화학 물질을 감지하기 위해 광범위한 합성 생물학 센서를 동결 건조하는 능력을 시연했습니다. 안면 마스크 센서는 착용자가 테스트를 수행할 준비가 되었을 때 활성화될 수 있도록 설계되었으며 사용자의 개인 정보 보호를 위해 마스크 내부에만 결과가 표시됩니다.

특정 표적 분자에 반응하는 합성 유전자 네트워크를 만드는 데 필요한 단백질과 핵산을 종이에 삽입할 수 있습니다. SHERLOCK으로 알려진 또 다른 무세포 센서 시스템은 CRISPR 효소를 기반으로 하며 핵산의 고감도 검출을 가능하게 합니다.

이러한 무세포 회로 구성 요소는 동결 건조되어 재수화될 때까지 수개월 동안 안정적으로 유지됩니다. 물에 의해 활성화되면 다른 유형의 분자뿐만 아니라 RNA 또는 DNA 서열이 될 수 있는 표적 분자와 상호 작용하여 색상 변화와 같은 신호를 생성할 수 있습니다. 연구원들은 의료 종사자나 병원체에 노출될 가능성이 있는 사람들을 위한 실험복을 만드는 것을 목표로 이러한 센서를 직물에 통합하는 작업을 시작했습니다.

먼저 팀은 면과 폴리에스터에서 양모와 실크에 이르기까지 수백 가지 유형의 천을 선별하여 이러한 종류의 센서와 호환될 수 있는 것을 찾아냈습니다. 가장 좋은 것은 폴리에스터와 기타 합성 섬유의 조합이었습니다. 웨어러블 센서를 만들기 위해 연구원들은 동결 건조된 구성 요소를 실리콘 탄성 중합체 링으로 둘러싸인 이 합성 직물의 작은 부분에 삽입했습니다. 이 구획화는 샘플이 센서에서 증발하거나 확산되는 것을 방지합니다. 이 기술을 시연하기 위해 연구원들은 약 30개의 이러한 센서가 내장된 재킷을 만들었습니다.

그들은 감염된 환자에게 노출되는 것처럼 보이는 바이러스 입자가 포함된 액체의 작은 튀김이 동결 건조된 세포 구성 요소를 수화시키고 센서를 활성화할 수 있음을 보여주었습니다. 센서는 육안으로 볼 수 있는 색상 변화 또는 휴대용 분광기로 읽을 수 있는 형광 또는 발광 신호를 포함하여 다양한 유형의 신호를 생성하도록 설계할 수 있습니다. 또한 직물에 통합할 수 있는 웨어러블 분광계를 설계하여 결과를 읽고 무선으로 모바일 장치로 전송할 수 있습니다.

진단용 안면 마스크를 생산하기 위해 팀은 동결 건조된 SHERLOCK 센서를 종이 마스크에 내장했습니다. 웨어러블 센서와 마찬가지로 동결 건조 구성 요소는 실리콘 엘라스토머로 둘러싸여 있습니다. 이 경우 센서는 마스크 내부에 배치되어 마스크를 착용한 사람의 호흡에서 바이러스 입자를 감지할 수 있습니다.

마스크에는 착용자가 테스트를 수행할 준비가 되었을 때 버튼을 누르면 나오는 작은 물 저장고도 포함되어 있습니다. 이는 마스크 내부에 축적된 호흡 비말을 분석하여 90분 이내에 결과를 생성하는 SARS-CoV-2 센서의 동결 건조된 구성 요소를 수화합니다.

프로토타입은 마스크 내부에 사용자의 상태를 감지하는 센서와 환경 노출을 감지하는 의복 외부에 센서를 배치했습니다. 연구원들은 또한 인플루엔자, 에볼라, 지카를 포함한 다른 병원체에 대한 센서 또는 유기인산염 신경 작용제를 감지하기 위해 개발한 센서를 교체할 수 있습니다.