Портативные датчики для обнаружения COVID-19 и других вирусов

Предлагаемое будущее общество. Предоставлено: Университет Тохоку.

В будущем могут появиться портативные и носимые датчики для обнаружения вирусов и бактерий в окружающей среде. Но мы еще не там. Ученые из Университета Тохоку изучают материалы, которые могут преобразовывать механическую энергию в электрическую или магнитную и наоборот, в течение десятилетий. Вместе с коллегами они опубликовали обзор в журнале Advanced Materials о последних попытках использования этих материалов для изготовления функциональных биосенсоров.

«Исследования по повышению производительности вирусных датчиков в последние годы не продвинулись вперед», – говорит инженер по материалам Университета Тохоку Фумио Нарита. «Наш обзор направлен на то, чтобы помочь молодым исследователям и аспирантам понять последние достижения в своей будущей работе по повышению чувствительности датчиков вирусов».

Пьезоэлектрические материалы преобразуют механическую энергию в электрическую. Антитела, которые взаимодействуют с конкретным вирусом, могут быть помещены на электрод, встроенный в пьезоэлектрический материал. Когда вирус-мишень взаимодействует с антителами, он вызывает увеличение массы, что снижает частоту электрического тока, проходящего через материал, сигнализируя о его присутствии. Этот тип сенсора исследуется для обнаружения нескольких вирусов, в том числе вируса папилломы человека, вызывающего рак шейки матки, ВИЧ, гриппа A, лихорадки Эбола и гепатита B.

Магнитострикционные материалы преобразуют механическую энергию в магнитную и наоборот. Они были исследованы на предмет выявления бактериальных инфекций, таких как брюшной тиф и чума свиней, а также на обнаружение бацилла сибирской язвы. Хотя это случается редко, люди могут заболеть сибирской язвой при контакте с инфицированными животными или зараженными продуктами животного происхождения. Симптомы появляются в период от одного дня до двух месяцев после заражения. “Class =” glossaryLink “> сибирская язва споры. Зондирующие антитела фиксируются на чипе биосенсора, помещенном на магнитострикционный материал, а затем прикладывается магнитное поле. Если антиген-мишень взаимодействует с антителами, он добавляет материалу массу, что приводит к изменению магнитного потока, которое может быть обнаружено с помощью считывающей «катушки».

Нарита говорит, что разработки в области искусственного интеллекта и моделирования могут помочь найти еще более чувствительные пьезоэлектрические и магнитострикционные материалы для обнаружения вирусов и других патогенов. Будущие материалы могут быть бескамерными, беспроводными и мягкими, что позволит использовать их в тканях и зданиях.

Ученые даже изучают, как использовать эти и подобные материалы для обнаружения SARS-CoV-2, вирус, вызывающий COVID-19, в воздухе. Такие датчики могут быть встроены в системы вентиляции подземных транспортных средств, например, для отслеживания распространения вирусов в режиме реального времени. Носимые датчики также могут увести людей от вирусной среды.

«Ученым по-прежнему необходимо разработать более эффективные и надежные датчики для обнаружения вирусов с более высокой чувствительностью и точность, меньший размер и вес и лучшая доступность, прежде чем их можно будет использовать в домашних условиях или в умной одежде », – говорит Нарита. «Такой вирусный датчик станет реальностью с дальнейшим развитием материаловедения и техническим прогрессом в области искусственного интеллекта, машинного обучения и анализа данных».

Ссылка: «Обзор пьезоэлектрических и магнитострикционных биосенсорных материалов для обнаружения COVID ‐ 19 и других вирусов» Фумио Нарита, Чжэньцзинь Ван, Хироки Курита, Чжэнь Ли, Ю Ши, Ю Цзя и Константинос Сутис, 24 ноября 2020 г., Современные материалы.
DOI: 10.1002 / adma.202005448

Leave a Comment