Китайские ученые создали сверхсовременный молекулярный биосенсор. Он за считанные минуты позволяет обнаруживать в воздухе коронавирус и другие инфекции. Эпидемиологи называют это научным прорывом, сравнивая его с созданием антибиотиков и вакцин.
«Умная» маска находит микроскопическую концентрацию вируса
Ученые в Китае создали маску для лица, способную обнаруживать в воздухе различные вирусные частицы — коронавирус или грипп. Результаты исследований исследователей из Шанхайского университета были опубликованы в рецензируемом научном журнале Matter.
— Предыдущие исследования наших коллег доказали, что ношение маски для лица может снизить риск распространения и заражения опасными вирусными болезнями. Поэтому мы захотели создать маску, которая бы обнаружить присутствие вируса в воздухе и предупредить владельца, — говорит ученый-материаловед Инь Фанг, один из авторов изобретения.
Маска действительно начинает сигнализировать владельцу, если в закрытом помещении есть инфицированный человек, который и выделяет с дыханием или кашлем возбудителя.
Датчики, прикрепленные к маске, могут реагировать всего на 0,3 микролитра вирусов в воздухе — это примерно в 600 раз меньше объема жидкости, образующейся при одном чихании.
Маска будет хорошо работать в замкнутых пространствах с плохой вентиляцией, например, в лифтах.
Специалист по аэрозолям из Оклендского университета Джоэл Ринделоб сказал, что если маска будет работать, то это может стать огромным прорывом в обнаружении вирусов.
Респираторные патогены, вызывающие ковид и грипп H1N1, распространяются через мелкие капли и аэрозоли, выделяемые инфицированными людьми при разговоре, кашле и чихании. Эти содержащие вирус молекулы, могут оставаться взвешенными в воздухе в течение длительного времени. При этом аэрозольные частицы чрезвычайно трудно обнаружить из-за их маленького размера, объясняет Ринделоб.
— Скорость обнаружения инфекции имеет огромное значение. Потому что мы знаем, что передача вируса не занимает много времени — это может быть просто быстрый мимолетный контакт, — говорит Ринделоб.
Биосенсор на основе молекулярных и ионных технологий
Технология, лежащая в основе маски, может быть использована для тестирования тех, кто по каким-то причинам не может взять мазки из носа для ПЦР-теста.
В маску встроен молекулярный биосенсор на основе аптамеров. Это синтезированные в лаборатории молекулы, способные идентифицировать уникальные белки патогенов — такие как антитела.
Исследователи из Шанхайского университета модифицировали многоканальный датчик тремя типами аптамеров. Таким образом, биосенсор может одновременно распознавать поверхностные белки возбудителя ковида и двух штаммов гриппа -H5N1 и H1N1.
Как только аптамеры связываются с белками-мишенями в воздухе, они передают сигнал на транзистор с ионным затвором. Это еще один новый тип высокочувствительного устройства.
Ионный гель, синтезированный с использованием системы из двух растворителей, функционирует в качестве диэлектрического слоя для ионных транзисторов. Такая установка позволяет биоэлектронной маске обнаруживать как следы жидких образцов, так и образцы газообразных сред.
Транзистор усиливает сигнал и оповещает пользователей — им на телефон приходит сообщение. Инь Фанг говорит, что сенсорная маска может потенциально обнаруживать неограниченное число патогенов: достаточно «насытить» аптамерами разных типов, реагирующих на разные респираторные патогены.
По воздуху распространяются многие типы вирусов — в том числе возбудители всех видов ОРВИ и так называемого «желудочного гриппа» (норовирусы и энтеровирусы). Воздушно-капельным путем передается туберкулез, ветряная оспа, корь. Возбудители туляремии и чумы, попадая с воздухом в организм человека, могут вызывать тяжелейшие пневмонии.
Больницы и школы тоже оснастят биосенсорами
— В настоящее время врачи в значительной степени полагаются на свой опыт в диагностике и лечении заболеваний. Однако благодаря более богатым данным, собираемым носимыми устройствами, диагностика и лечение заболеваний могут стать более точными и быстрыми, — говорит Инь Фанг.
Существующие методы клинической диагностики и тестирования, ПЦР с обратной транскрипцией и иммуноферментный анализ (ИФА), доказали свою эффективность в борьбе с ковидом. Правда, все эти тесты сосредоточены на анализе образцов, собранных у лиц, которые либо инфицированы, либо у них уже подозревают инфекцию.
Следовательно, эти тесты неэффективные для выявления вирусных патогенов в окружающей среде. Ну, а команда разработчиков биосенсора из Шанхайского университета надеется сократить время обнаружения и еще больше повысить чувствительность датчика за счет оптимизации конструкции полимеров и транзисторов.
Созданные шанхайскими учеными биосенсоры можно встроить не только в носимые маски. Их можно установить в любом помещении — скажем, в больнице. Тогда такие датчики будут мониторить вирусные частицы в окружающем воздухе в режиме реального времени. Такой метод позволит предотвратить вспышки респираторных инфекционных заболеваний.
