大多数人将术语“可穿戴”与健身追踪,smartwatch或无线耳机。但是,如果你在你的衣服可以穿尖端生物技术,它可以提醒你当你暴露在危险的事?
一个研究小组从哈佛大学生物工程研究所和麻省理工学院的已经找到了一种方法,合成生物学反应嵌入到面料,创造可佩带的生物传感器,可以定制检测病原体和毒素和提醒使用者。
团队这一技术集成到标准口罩检测存在SARS-CoV-2病毒在患者的呼吸。button-activated面具90分钟内给结果准确度的标准以核酸诊断测试如聚合酶链反应(PCR)。成就报道自然生物技术。
“我们实际上缩小整个诊断实验室分成一个小,合成的基于传感器,适用于任何面罩,并结合PCR测试的精度高速度和低成本的抗原测试,“co-first作者彼得•阮博士,Wyss研究所的研究员。“除了面具,我们可编程生物传感器可以集成到别的衣服提供活跃的危险物质的检测包括病毒、细菌、毒素和化学药剂。”
在细胞的方程
SARS-CoV-2生物传感器是经过三年的工作团队所说的可穿戴冻干细胞游离(wFDCF)技术,它是建立在早期的迭代中创建实验室Wyss核心教员和高级的作者吉姆·柯林斯。技术涉及到提取和冻干细胞使用的分子机器读取DNA和RNA和蛋白质。这些生物元素是耐储存很长一段时间,激活他们很简单:只加水。合成基因电路可以添加到创建生物传感器,可以产生一个探测信号响应的目标分子的存在。
研究者们首先应用这种技术诊断通过整合成一个工具来解决Zika病毒爆发在2015年。他们创造了生物传感器能够检测pathogen-derived RNA分子,耦合的颜色或荧光蛋白指标,然后嵌入基因电路变成纸来创建一个廉价的,准确的,便携式诊断。成功后将他们的生物传感器嵌入到纸,他们接下来盯上了可穿戴。
“其他群体创造了这套可以感知生物分子,但这些技术都要求将活细胞放入可穿戴本身,如果用户戴着一个小小的水族馆。如果水族馆了,那么工程缺陷可能泄漏到佩戴者,没人喜欢这个想法,”Nguyen说。他和他的队友开始调查他们是否wFDCF技术可以解决这个问题,系统地测试了100种不同的面料。
然后,COVID-19大流行。
从这套可旋转到口罩
“我们想为全球努力对抗病毒,我们想到wFDCF融入口罩检测SARS-CoV-2。整个项目是在检疫或严格的社会距离2020年5月开始。我们努力工作,有时把非生物设备手动家庭和组装设备。这无疑是不同于通常的实验室基础设施我们用来下工作,但我们并帮助我们确保传感器在现实世界的流行条件工作,“co-first作者路易斯Soenksen说博士,博士后Wyss研究所。
研究小组呼吁每个资源提供给他们Wyss研究所创建他们COVID-19-detecting口罩,包括立足交换机开发的核心教员彭殷的实验室和夏洛克传感器开发的柯林斯实验室。最终产品包括三个不同的冻干生物反应顺序激活释放的水从水库通过单一的按的按钮。
第一反应削减打开SARS-CoV-2病毒的膜暴露它的RNA。第二个反应是一个放大的步骤,使无数双链的副本Spike-coding病毒RNA的基因。最后反应使用CRISPR-based夏洛克技术来检测任何基因片段,并在响应一个探针分子切成两个小块,然后通过侧流试验报告。是否有任何上涨碎片可以减少取决于病人SARS-CoV-2呼吸。这种差异反映在一个简单的模式的变化,出现在读出的部分设备,类似于一个家庭怀孕测试。
wFDCF面罩是第一SARS-CoV-2核酸测试,达到高精度利率与当前黄金标准rt - pcr测试在室温下操作完全时,不再需要加热或冷却工具之外,允许患者样本的快速筛查实验室。
“这项工作表明,冷冻干燥,无细胞合成生物学技术可以扩展到衣物收藏和利用对于小说的诊断应用程序,包括面罩诊断的发展。我特别骄傲的我们的团队一起在大流行期间如何创建可部署的解决方案,以解决一些世界上的测试挑战,”柯林斯博士说,他也是terme麻省理工学院医学工程与科学教授。
来源:哈佛大学Wyss研究所
除了COVID-19大流行
面罩的诊断在某些方面是蛋糕上的糖衣的团队,必须克服许多挑战,使他们的技术真正的可穿戴,包括捕捉水滴内液体物质的一种灵活的、不引人注目的设备,防止蒸发。面罩诊断省略了电子元器件有利于缓解生产和低成本,但将更持久的元素集成到系统开辟了广泛的其他可能的应用程序。
在他们的论文中,研究人员表明,光纤网络可以集成到他们的wFCDF技术来检测荧光产生的生物反应,表明检测目标分子的高水平的准确性。这个数字信号可以发送到智能手机应用程序,允许使用者监视它们的接触大量的物质。
“这项技术可以被纳入实验室外套科学家使用危险材料或病原体,为医生和护士实习医生风云,或应急部门人员和军事人员的制服可以暴露于危险的病原体或毒素,如神经毒气,”合著者尼娜Donghia说,Wyss研究所的科学家。
团队正在积极寻找制造合作伙伴帮助使感兴趣的大规模生产口罩诊断使用COVID-19大流行期间,以及用于检测其他生物和环境危害。
“这团队的创造力和奉献精神来创建一个有用的工具来对付致命的流感大流行在前所未有的条件下工作时本身令人印象深刻。但更令人印象深刻的是,这些可穿戴式生物传感器可以应用于各种各样的健康威胁SARS-CoV-2之外,Wyss研究所,我们渴望与商业合作制造商意识到,潜力,”医学博士也因格贝尔说博士,Wyss协会的创始董事。因格贝尔也是Judah Folkman血管生物学教授哈佛医学院和波士顿儿童医院和哈佛大学的生物工程教授约翰·a·保尔森工程和应用科学学院。
参考:阮PQ、Soenksen LR Donghia NM, et al .耐磨材料嵌入合成生物学生物分子检测的传感器。生物科技Nat》。2021年。doi:10.1038 / s41587 - 021 - 00950 - 3
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