Khẩu trang gắn cảm biến phát hiện lây nhiễm Covid -19

Mẫu khẩu trang có thể chẩn đoán nhiễm virus Covid-19 trong vòng 90 phút. Ảnh: Felice Frankel và Văn phòng Tin tức MIT.

Những khẩu trang này được tích hợp với các cảm biến nhỏ sử dụng một lần, có thể gắn vào các khẩu trang khác nhau và có thể được điều chỉnh để phát hiện những loại virus khác.

James Collins, GS Khoa học và Kỹ thuật Y tế Termeer tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Y tế MIT (IMES), tác giả chính của nghiên cứu cho biết, có thể làm đông khô hàng loạt cảm biến sinh học tổng hợp, cho phép phát hiện axit nucleic của virus hoặc vi khuẩn và các hóa chất độc hại, bao gồm cả chất độc thần kinh. Đây là công nghệ cơ bản để phát triển các cảm biến sinh học mang đeo cho nhân viên cứu hộ khẩn cấp, nhân viên chăm sóc sức khỏe và quân nhân.

Các cảm biến của khẩu trang được thiết kế để có thể kích hoạt khi sẵn sàng thực hiện test, kết quả chỉ được hiển thị phía bên trong mặt nạ, đảm bảo sự riêng tư của người dùng.

Năm 2014, GS Collins chứng minh được, những protein và axit nucleic, cần thiết để tạo ra mạng lưới gene tổng hợp, phản ứng với các phân tử mục tiêu cụ thể có thể được nhúng vào giấy. GS Collins đã sử dụng phương pháp này chế tạo các cảm biến giấy, chẩn đoán lây nhiễm virus Ebola và Zika .

Năm 2017, phối hợp với phòng thí nghiệm Feng Zhang, GS Collins phát triển một hệ thống cảm biến không tế bào (cell-free) khác, được gọi là SHERLOCK, trên cơ sở các enzym CRISPR, cho phép phát hiện những axit nucleic với độ nhạy cao. Cell-free là tế bào đã loại bỏ các thành phần bên trong hoặc chỉ giữ lại các enzym.

Những thành phần mạng cell-free này được đông khô và ổn định trong nhiều tháng cho đến khi bù nước. Khi được kích hoạt bởi nước, mạng gene tương tác với phân tử mục tiêu, các chuỗi RNA hoặc DNA bất kỳ hoặc các loại phân tử khác và tạo ra tín hiệu như sự thay đổi màu sắc.

Để chế tạo những cảm biến có thể mặc, nhóm nghiên cứu nhúng các thành phần tế bào đông khô vào một phần nhỏ của vải tổng hợp, bao quanh một lớp phủ đàn hồi silicone. Sự ngăn cách này không cho mẫu bay hơi hoặc khuếch tán ra khỏi cảm biến. Đồng thời, nhóm nghiên cứu chế tạo một chiếc áo khoác y tế gắn khoảng 30 cảm biến này.

Nhóm nghiên cứu trong thử nghiệm đã xác định được, một giọt chất lỏng nhỏ chứa các phần tử virus, mô phỏng sự tiếp xúc với một bệnh nhân bị nhiễm bệnh, sẽ hydrat hóa các thành phần tế bào đông khô và kích hoạt cảm biến. Những cảm biến có thể được thiết kế để tạo ra các loại tín hiệu khác nhau, như sự thay đổi màu sắc nhìn thấy bằng mắt thường, tín hiệu huỳnh quang hoặc phát quang, đọc được bằng máy quang phổ cầm tay. Nhóm nghiên cứu cũng thiết kế một quang phổ kế đeo, được tích hợp vào vải, có thể đọc kết quả và truyền tín hiệu không dây đến thiết bị di động.

Công nghệ này cung cấp một chu trình phản hồi thông tin, theo dõi sự phơi nhiễm với môi trường làm việc, cảnh báo về địa điểm xảy ra sự phơi nhiễm.

Xét nghiệm này có độ nhạy như xét nghiệm PCR, nhưng nhanh như xét nghiệm kháng nguyên để xác định Covid-19.