美国开发出了一种可以在90分钟内诊断出佩戴者是否感染Covid-19的口罩。它嵌入了微小的一次性传感器，可以安装在其他口罩上，也可以用于检测其他病毒。

这种传感器是基于冷冻干燥的细胞机制，麻省理工学院和哈佛大学的研究人员此前开发了这种机制，用于埃博拉和寨卡等病毒的诊断。在一项新的研究中，研究人员表明，传感器不仅可以安装在口罩上，还可以安装在实验室大褂等衣服上，这可能为监测医护人员接触各种病原体或其他威胁提供了一种新方法。

麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)和生物工程系的詹姆斯·柯林斯教授说:“我们已经证明，我们可以将广泛的合成生物传感器冷冻干燥，以检测病毒或细菌核酸，以及包括神经毒素在内的有毒化学物质。”“我们设想，这个平台可以为急救人员、卫生保健人员和军事人员提供下一代可穿戴生物传感器。”

当佩戴者准备好进行测试时，口罩传感器被设计为激活，测试结果只显示在口罩内部，以保护用户隐私。

稳定的组件

无细胞电路元件经过冻干，在重新水化之前可以保持稳定好几个月。当被水激活时，它们可以与目标分子相互作用，目标分子可以是任何RNA或DNA序列，以及其他类型的分子，并产生颜色变化等信号。

最近，柯林斯和他的同事开始研究将传感器整合到纺织品中，目标是制造出一种实验室大褂。

麻省理工学院Abdul Latif Jameel健康机器学习诊所的Luis Soenksen对数百种不同类型的织物进行了筛选，从棉花和聚酯到羊毛和丝绸，以找出哪一种可能与这种传感器兼容。

他说:“我们最终确定了一对在时尚行业中被广泛用于服装制作的夫妇。”“最好的是聚酯纤维和其他合成纤维的组合。”

为了制造可穿戴传感器，研究人员将冻干后的组件嵌入一小部分合成纤维中，并在其周围环绕一圈硅树脂弹性体。这种分隔防止样品从传感器上蒸发或扩散。为了演示这项技术，研究人员制作了一件夹克，里面嵌入了大约30个传感器。

他们展示了一小滴含有病毒颗粒的液体，模拟接触到受感染的病人，可以使冻干的细胞成分水合，并激活传感器。这些传感器可以被设计成产生不同类型的信号，包括可以用肉眼看到的颜色变化，或者可以用手持光谱仪读取的荧光或发光信号。

谱仪

该公司还开发了一种可穿戴光谱仪，它可以集成到织物中，读取结果，并将结果无线传输到移动设备上。

柯林斯说:“这给了你一个信息反馈循环，可以监测你所接触的环境，并提醒你和其他人接触的环境及其发生的地点。”

随着研究人员在2020年初完成可穿戴传感器的工作，Covid-19开始在全球传播，所以他们很快决定尝试使用他们的技术来创建SARS-CoV-2病毒的诊断。

为了制作诊断口罩，研究人员将冻干的夏洛克传感器嵌入到纸口罩中。与可穿戴传感器一样，冻干组件被硅胶弹性体包围。在这种情况下，传感器被放置在口罩内部，这样它们就可以检测到戴口罩的人呼吸中的病毒颗粒。

当佩戴者准备好进行测试时，只要按下按钮，就会释放出一个小蓄水池。这将使冻干后的新型冠状病毒感染症(SARS-CoV-2)传感器的成分水合在一起，该传感器分析口罩内部的呼吸液滴，并在90分钟内得出结果。

黄金标准

柯林斯说:“这种检测和金标准、高灵敏度PCR检测一样敏感，但它和用于Covid-19快速分析的抗原检测一样快。”

研发的原型口罩内部装有传感器，用于检测使用者的状态，衣服外部也装有传感器，用于检测环境暴露。研究人员还可以用传感器替换其他病原体，包括流感、埃博拉和寨卡病毒，或者他们开发的用于检测有机磷神经毒剂的传感器。

研究人员已经为这项技术申请了专利，他们现在希望与一家公司合作进一步开发这项技术。

柯林斯说:“我认为这种口罩可能是最先进、最接近的产品。”“我们已经收到了很多外部团体的兴趣，他们希望将我们的原型成果推广到一款获得批准、上市的产品上。”

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