Tufts 엔지니어, 병원균, 독소 및 유해 화학물질을 감지하는 웨어러블 센서 공개

매사추세츠주 메드퍼드 터프츠 대학교

동체에 센서 소재가 내장된 드론입니다. (이미지 :실크랩)

터프츠 공과대학(Tufts School of Engineering) 연구원들은 웨어러블 기기를 포함한 다양한 재료에 잉크처럼 인쇄할 수 있는 생체고분자 센서를 사용하여 환경에서 박테리아, 독소 및 위험한 화학 물질을 감지하는 방법을 개발했습니다.

반딧불에서 발견되는 것과 유사한 효소를 사용하는 이 센서는 계산적으로 설계된 단백질과 누에나방 Bombyx Mori의 고치에서 추출한 실크 피브로인을 기반으로 하며 보이지 않는 위협을 감지하면 빛을 발합니다.

생체고분자 센서는 필름, 스펀지, 필터에 내장되거나 플라스틱처럼 성형되어 공기 및 수인성 위험을 샘플링하고 감지하거나 우리 몸의 감염을 알리는 데 사용될 수도 있습니다.

현재 센서는 잠재적으로 박테리아, 독소 및 위험한 화학 물질에 노출된 후 무독성 화학 물질을 스프레이해야 합니다. 대상이 있으면 센서가 빛을 생성합니다. 방출된 빛의 강도는 표적의 농도를 정량적으로 측정합니다.

Tufts SilkLab 이사인 Fiorenzo Omenetto 교수는 “실험실에서 설계한 단백질과 실크의 조합은 높은 수준의 특이성과 감도로 광범위한 화학적 및 생물학적 작용제를 감지하도록 조정할 수 있는 센서 플랫폼입니다. "예를 들어 SARS-CoV-2 및 항 B형 간염 항체는 재택 분석에 근접한 수준으로 측정될 수 있습니다."

감지 요소는 모듈식이므로 개발자는 새로 설계된 단백질을 교체하여 측정할 특정 병원체나 분자를 포착할 수 있으며 발광 메커니즘은 동일하게 유지됩니다.

Omenetto는 "센서를 사용하여 공기 중 SARS-CoV-2의 미량 수준을 포착하거나 다음 공중 보건 위협이 무엇이든 적응하도록 수정하는 것을 상상할 수 있습니다"라고 말했습니다.

센서는 동체에 센서 재료가 내장된 바이러스 감지 드론을 만든 연구팀이 입증한 것처럼 다양한 형태를 취할 수 있습니다. 비행 중에 프로펠러는 드론의 다공성 본체를 통해 공기 흐름을 유도하며 착륙 후 검사할 수 있습니다. 이 경우 공기 중 병원체에 반응하는 드론을 통해 안전한 거리에서 환경을 모니터링할 수 있습니다.

연구진은 SARS-CoV-2 센서가 내장된 재료를 60°C에서 4개월 동안 보관한 후 보관 수명을 테스트한 결과 성능 변화가 거의 없음을 발견했습니다.

프로젝트 공동 책임자인 Luciana d'Amone은 "이는 민감도나 정확성을 잃지 않고 냉장 보관할 필요 없이 이러한 감지 인터페이스를 장기간 제조, 배포 및 저장할 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 단백질로 만들어졌다는 점에서 주목할 만합니다."라고 말했습니다. 또한 센서의 형식을 확장할 수도 있습니다.

d'Amone은 "예를 들어 병원균을 탐지할 수 있는 수술용 마스크를 만들어 상자에 포장하고 시간이 지나면서 기존 마스크처럼 사용할 수 있습니다"라고 말했습니다. "또한 식품 포장 내부의 센서를 인쇄하여 부패와 독소를 추적할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 우리가 매일 사용하는 수많은 제품에 감지 기능을 포함하도록 수정하고 평소처럼 보관하고 사용할 수 있습니다."

이 팀은 개인 및 환자 모니터링, 의료 환경의 감염 관리부터 가정, 직장, 군대 및 재난 지역의 환경 감지에 이르기까지 다양한 센서 애플리케이션을 구상하고 있습니다.

자세한 내용은 Mike Silver에게 문의하세요. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다.; 617-627-0545.