COVID-19 Teşhisi Yapabilen Bir Yüz Maskesi Geliştirildi!

MIT ve Harvard Üniversitesi'nden mühendisler, takan kişiye yaklaşık 90 dakika içinde COVID-19 teşhisi koyabilen yeni bir yüz maskesi tasarladı. Maskeler, diğer yüz maskelerine takılabilen ve diğer virüsleri tespit etmek için uyarlanabilen küçük, tek kullanımlık sensörlere sahip.

Sensörler, araştırma ekibinin daha önce Ebola ve Zika gibi virüsler için kağıt tanılamada kullanılmak üzere geliştirdiği, dondurularak kurutulmuş hücresel makinelere dayanıyor. Yeni çalışmada araştırmacılar, sensörlerin yalnızca yüz maskelerine değil, aynı zamanda laboratuvar önlükleri gibi giysilere de dahil edilebileceğini ve potansiyel olarak sağlık çalışanlarının çeşitli patojenlere veya diğer tehditlere maruz kalmasını izlemek için yeni bir yol sunduğunu gösterdi. MIT Tıp Mühendisliği ve Bilim Enstitüsü (IMES) ve Biyoloji Mühendisliği Bölümü'nde Termeer Tıp Mühendisliği ve Bilim Profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı James Collins şöyle diyor:

Viral veya bakteriyel nükleik asitlerin yanı sıra sinir toksinleri de dahil olmak üzere toksik kimyasalları tespit etmek için çok çeşitli sentetik biyoloji sensörlerini dondurarak kurutabileceğimizi gösterdik. Bu platformun ilk olarak müdahale ekipleri, sağlık personeli ve askeri personeli için üretilen yeni nesil giyilebilir biyosensörleri mümkün kılacağını düşünüyoruz.

Yüz maskesi sensörleri, testi gerçekleştirmeye hazır olduklarında kullanıcı tarafından etkinleştirilebilecek şekilde tasarlanmıştır ve sonuçlar, kullanıcı gizliliği için yalnızca maskenin içinde görüntülenir.

Harvard Üniversitesi'nin Wyss Biyolojiden Esinlenilmiş Mühendislik Enstitüsü'nde araştırma bilimcisi olan Peter Nguyen ve MIT'nin Abdul Latif Jameel Sağlıkta Makine Öğrenimi Kliniği'nde Girişim Kurucusu ve Wyss Enstitüsü'nde eski bir doktora sonrası araştırmacı olan Luis Soenksen, Nature Biotechnology'de yayınlanan makalenin baş yazarlarıdır.

Giyilebilir Sensörler

Yeni giyilebilir sensörler ve tanısal yüz maskesi, Collins'in birkaç yıl önce geliştirmeye başladığı teknolojiye dayanıyor. 2014 yılında, belirli hedef moleküllere tepki veren sentetik gen ağları oluşturmak için gereken proteinlerin ve nükleik asitlerin kağıda gömülebileceğini gösterdi ve bu yaklaşımı Ebola ve Zika virüsleri için kağıt tanılama oluşturmak için kullandı. Collins, 2017 yılında Feng Zhang'ın laboratuvarı ile çalışırken, SHERLOCK olarak bilinen, CRISPR enzimlerine dayanan ve nükleik asitlerin son derece hassas bir şekilde saptanmasına izin veren başka bir hücresiz sensör sistemi geliştirdi.

Bu hücresiz devre bileşenleri dondurularak kurutulur ve yeniden sulanana kadar aylarca stabil kalır. Su ile aktive olduklarında, herhangi bir RNA veya DNA dizisi olabilen hedef molekülleri ve diğer molekül türleri ile etkileşime girebilir ve renk değişikliği gibi bir sinyal üretebilirler.

Yakın geçmişte Collins ve meslektaşları, sağlık çalışanları veya potansiyel olarak patojenlere maruz kalan diğerleri için bir laboratuvar önlüğü oluşturmak amacıyla bu sensörleri tekstil ürünlerine dahil etmek için çalışmaya başladı. Soenksen, ilk olarak, bu tür bir sensörle hangi ürünlerin uyumlu olabileceğini bulmak için pamuktan polyestere, yünden ipeğe kadar yüzlerce farklı kumaş türünü test etti. Şöyle diyor:

Moda endüstrisinde giysi yapmak için çok yaygın olarak kullanılan birkaç ürün belirledik. Bunlar arasından en iyisi, polyester ve diğer sentetik elyafların bir kombinasyonuydu.

Giyilebilir sensörler yapmak için araştırmacılar, dondurularak kurutulmuş bileşenlerini bu sentetik kumaşın küçük bir bölümüne yerleştirdiler ve burada bir silikon elastomer halkasıyla çevrelediler. Bu bölümlendirme, numunenin buharlaşmasını veya sensörden uzağa yayılmasını önlüyor. Teknolojiyi sergilemek için araştırmacılar, bu sensörlerden yaklaşık 30'unun gömülü olduğu bir ceket oluşturdular. Virüslü bir hastaya maruz kalmayı taklit eden viral partiküller içeren küçük bir sıvıyı sıçrattıklarında, dondurularak kurutulmuş hücre bileşenlerini hidratlayabileceğini ve sensörü etkinleştirebileceğini gösterdiler.

Sensörler, çıplak gözle görülebilen bir renk değişimi veya elde tutulan bir spektrometre ile okunabilen bir floresan veya ışıldayan sinyal dahil olmak üzere farklı türde sinyaller üretecek şekilde tasarlanabilir. Araştırmacılar ayrıca, sonuçları okuyabileceği ve kablosuz olarak bir mobil cihaza iletebileceği kumaşa entegre edilebilecek giyilebilir bir spektrometre tasarladı. Nguyen, şöyle diyor:

Bu, çevresel maruziyetinizi takip eden ve sizi ve diğerlerini maruziyet ve nerede olduğu hakkında uyarabilecek bir bilgi geri bildirim döngüsü sağlar.

Araştırmacılar 2020'nin başlarında giyilebilir sensörler üzerindeki çalışmalarını bitirirken, COVID-19 dünyaya yayılmaya başladı ve bu nedenle hızla SARS-CoV-2 virüsü için bir teşhis oluşturmak için teknolojilerini kullanmaya karar verdiler.

Tanı Koyucu Bir Maske!

Tanısal yüz maskelerini üretmek için araştırmacılar, dondurularak kurutulmuş SHERLOCK sensörlerini bir kağıt maskeye yerleştirdiler. Giyilebilir sensörlerde olduğu gibi, dondurularak kurutulmuş bileşenler silikon elastomer ile çevrilidir. Bu durumda sensörler maskenin iç kısmına yerleştirilir, böylece maskeyi takan kişinin nefesindeki viral partikülleri algılayabilirler.

Maske ayrıca, kullanıcı testi yapmaya hazır olduğunda bir düğmeye basılarak serbest bırakılan küçük bir su deposu içerir. Bu, maskenin içinde biriken nefes damlacıklarını analiz eden ve 90 dakika içinde sonuç veren SARS-CoV-2 sensörünün dondurularak kurutulmuş bileşenlerini nemlendirir. Nguyen şöyle diyor:

Bu test, altın standart olarak görülen ve son derece hassas olan PCR testleri kadar hassas, ancak aynı zamanda, COVID-19'un hızlı analizi için kullanılan antijen testleri kadar hızlı.

Bu çalışmada geliştirilen prototipler, bir kullanıcının durumunu algılamak için maskenin içinde sensörlere ve ayrıca çevreden maruz kalmayı algılamak için giysilerin dışına yerleştirilen sensörlere sahiptir. Araştırmacılar ayrıca grip, Ebola ve Zika dahil olmak üzere diğer patojenler için sensörleri veya organofosfat sinir ajanlarını tespit etmek için geliştirdikleri sensörleri değiştirebilirler. Soenksen şöyle diyor:

Bu deneyler sayesinde, son teknoloji moleküler test tesislerinin işlevselliğini, giyilebilir teknoloji uygulamalarına yönelik çeşitli senaryolarla uyumlu bir formata indirdik.

Araştırmacılar teknoloji için bir patent başvurusunda bulundular ve şimdi sensörleri daha da geliştirmek için bir şirketle çalışmayı umuyorlar. Collins, yüz maskesinin büyük olasılıkla kullanıma sunulabilecek ilk uygulama olduğunu söylüyor:

Bence yüz maskesi, muhtemelen en gelişmiş uygulamadır ve bir ürüne en yakın olandır. Sahip olduğumuz prototip çabalarını devralıp, bunları onaylanmış ve pazarlanan bir ürüne dönüştürmek isteyen birçok gruptan daha şimdiden ilgi görüyoruz.