Tufts-Ingenieure stellen tragbaren Sensor zur Erkennung von Krankheitserregern, Toxinen und gefährlichen Chemikalien vor

Tufts University, Medford, MA

Eine Drohne, bei der der Rumpf mit Sensormaterial eingebettet ist. (Bild:SilkLab)

Forscher der Tufts School of Engineering haben eine Methode zum Nachweis von Bakterien, Toxinen und gefährlichen Chemikalien in der Umwelt mit einem Biopolymersensor entwickelt, der wie Tinte auf eine Vielzahl von Materialien gedruckt werden kann – einschließlich Wearables.

Mithilfe eines Enzyms, das dem von Glühwürmchen ähnelt, leuchtet der Sensor auf, der auf rechnerisch entwickelten Proteinen und Seidenfibroin basiert, die aus den Kokons des Seidenspinners Bombyx Mori gewonnen werden, wenn er diese unsichtbaren Bedrohungen erkennt.

Der Biopolymersensor kann auch in Folien, Schwämme und Filter eingebettet oder wie Kunststoff geformt werden, um Luft- und Wassergefahren zu erkennen und zu erkennen oder um Infektionen in unserem Körper zu signalisieren.

Die Sensoren benötigen derzeit ein Spray mit einer ungiftigen Chemikalie, nachdem sie möglicherweise Bakterien, Toxinen und gefährlichen Chemikalien ausgesetzt waren. Wenn das Ziel vorhanden ist, erzeugt der Sensor Licht; Die Intensität des emittierten Lichts liefert ein quantitatives Maß für die Konzentration des Ziels.

„Die Kombination aus im Labor entwickelten Proteinen und Seide ist eine Sensorplattform, die angepasst werden kann, um ein breites Spektrum chemischer und biologischer Wirkstoffe mit einem hohen Maß an Spezifität und Empfindlichkeit zu erkennen“, sagte Professor Fiorenzo Omenetto, Direktor von Tufts SilkLab. „Zum Beispiel können SARS-CoV-2- und Anti-Hepatitis-B-Antikörper in Konzentrationen gemessen werden, die denen von Heimtests nahe kommen.“

Das Sensorelement ist modular aufgebaut, sodass Entwickler neu entwickelte Proteine austauschen können, um bestimmte Krankheitserreger oder zu messende Moleküle zu erfassen, während der Lichtemissionsmechanismus derselbe bleibt.

„Mithilfe des Sensors können wir Spuren von SARS-CoV-2 in der Luft erfassen, oder wir können uns vorstellen, ihn zu modifizieren, um ihn an die nächste Bedrohung für die öffentliche Gesundheit anzupassen“, sagte Omenetto.

Die Sensoren können verschiedene Formen annehmen, wie das Forschungsteam bei der Entwicklung viraler Sensordrohnen bewiesen hat, in deren Rumpf das Sensormaterial eingebettet war. Während des Fluges leiten die Propeller den Luftstrom durch den porösen Körper der Drohne, der nach der Landung untersucht werden kann. Die Drohnen, die in diesem Fall auf in der Luft befindliche Krankheitserreger reagierten, könnten die Überwachung von Umgebungen aus sicherer Entfernung ermöglichen.

Die Forscher testeten die Haltbarkeit von Materialien, in die SARS-CoV-2-Sensoren eingebettet waren, nachdem sie vier Monate lang bei 60 °C gelagert wurden, und stellten nur sehr geringe Leistungsveränderungen fest.

„Das bedeutet, dass wir diese Sensorschnittstellen herstellen, vertreiben und über lange Zeiträume lagern können, ohne ihre Empfindlichkeit oder Genauigkeit zu verlieren und ohne dass eine gekühlte Lagerung erforderlich ist, was aufgrund der Tatsache, dass sie aus Protein bestehen, bemerkenswert ist“, sagte Luciana d’Amone, Co-Leiterin des Projekts. Darüber hinaus könnten die Formate der Sensoren erweitert werden.

„Man könnte zum Beispiel chirurgische Masken herstellen, die in der Lage sind, Krankheitserreger zu erkennen, sie in Kartons verpacken und sie im Laufe der Zeit genauso verwenden wie herkömmliche Masken“, sagte d’Amone. „Wir haben auch gezeigt, dass Sie den Sensor in Lebensmittelverpackungen drucken können, um Verderb und Giftstoffe zu verfolgen. Sie können so viele Produkte, die wir täglich verwenden, so modifizieren, dass sie Sensoren enthalten, und sie wie gewohnt lagern und verwenden.“

Das Team stellt sich Sensoranwendungen vor, die von der Personen- und Patientenüberwachung und Infektionskontrolle im Gesundheitswesen bis hin zur Umweltsensorik zu Hause, am Arbeitsplatz, beim Militär und in Katastrophengebieten reichen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Mike Silver unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.; 617-627-0545.