美国发明了一种可以在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，可以安装到其他口罩中，也可以用于检测其他病毒。

这些传感器基于麻省理工学院和哈佛大学的研究人员先前开发的用于埃博拉和寨卡等病毒诊断的冷冻干燥细胞机器。在一项新的研究中，研究人员已经证明，传感器不仅可以集成到口罩中，还可以集成到实验室大褂等服装中，这可能为监测医护人员暴露于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，我们可以冷冻干燥各种合成生物学传感器，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、医疗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，口罩传感器会被激活，为了保护用户隐私，测试结果只会显示在口罩的内部。

稳定的组件

无细胞的电路元件被冷冻干燥并保持稳定数月，直到它们被再水化。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，并产生诸如颜色变化之类的信号。

最近，柯林斯和他的同事们开始将传感器整合到纺织品中，目标是制造一件实验室外套。

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，以找出哪种可能与这种传感器兼容。

他说:“我们最终确定了一对在时装行业广泛使用的服装。”“最好的一种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，研究人员将冷冻干燥的部件嵌入到这种合成织物的一小部分中，并用硅弹性体环包围它们。这种分隔防止样品蒸发或扩散离开传感器。为了演示这项技术，研究人员制作了一件嵌入了大约30个传感器的夹克。

他们展示了一小滴含有病毒颗粒的液体，模拟感染病人的接触，可以使冷冻干燥的细胞成分水化并激活传感器。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

还开发了一种可穿戴光谱仪，它可以集成到织物中，读取结果并将其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，可以监测你的环境暴露，并提醒你和其他人暴露在哪里。”

当研究人员在2020年初完成可穿戴传感器的工作时，Covid-19开始在全球传播，因此他们很快决定尝试使用他们的技术来创建一种针对SARS-CoV-2病毒的诊断方法。

为了制造诊断口罩，研究人员将冻干的夏洛克传感器嵌入纸口罩中。与可穿戴传感器一样，冷冻干燥的组件被硅弹性体包围。在这种情况下，传感器被放置在口罩的内部，因此它们可以检测戴口罩的人呼吸中的病毒颗粒。

该口罩还包括一个小蓄水池，当佩戴者准备好进行测试时，按下按钮就会释放水。这将使SARS-CoV-2传感器的冻干部件水化，该传感器可以分析口罩内部积聚的呼吸飞沫，并在90分钟内得出结果。

黄金标准

柯林斯说:“这种测试和金标准、高灵敏度的PCR测试一样敏感，但它和用于快速分析Covid-19的抗原测试一样快。”

开发的原型口罩内部装有传感器，用于检测用户的状态，衣服外部装有传感器，用于检测与环境的接触。研究人员还可以将传感器替换为其他病原体，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:“我认为口罩可能是最先进、最接近产品的产品。”“我们已经从外部团体那里得到了很多兴趣，他们想把我们的原型努力推进到一个批准的、上市的产品。”

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