▎药明康德内容团队编辑
戴口罩，有助于限制呼吸道病毒的传播，预防感染新冠，这个“常识”在疫情爆发的一年多以来逐渐深入人心。
口罩发挥的作用还可以更多。最近，麻省理工学院和哈佛大学的工程师开发了一种新型口罩，戴上之后，能在短短90分钟内就从呼气中检测出是否感染新冠病毒，准确性可与标准的PCR检测相媲美。近日，《自然》旗下子刊Nature Biotechnology报道了这一研究成果。
这种口罩的机密在于里面内嵌了一种微型生物传感器。“我们可以说把整个诊断实验室浓缩为一个小型的合成生物传感器，这种传感器可适配于任何口罩。”该研究的共同第一作者、Wyss研究所的Peter Nguyen博士介绍，“除了口罩外，我们的可编程生物传感器还可以集成到其他服装中，以便对各种病毒、细菌、毒素和化学制剂等危险物质进行现场检测。”
▲可以在90分钟内提供新冠检测结果的口罩（图片来源：参考资料[2]；Credit：Wyss Institute at Harvard University）
开发这项技术的研究团队早在新冠疫情爆发之前就开始研究用于可穿戴设备的生物传感器。为此，他们开发了冷冻干燥的无细胞传感器组件，这些组件是细胞用于读取DNA、产生RNA和蛋白质的分子，从细胞内提取出来后经过冷冻干燥，可稳定保持数月。而在被水激活后，与想要检测的分子相互作用时产生信号，例如发出荧光或改变颜色。
为了灵敏地检测出特定的DNA或RNA，研究小组还与基因编辑领域的先驱张锋博士合作，传感器集成了基于CRISPR/Cas的技术。
▲基于CRISPR技术检测新冠病毒的传感器原理：存在新冠病毒颗粒时，传感器系统会切断一种分子键，改变发色条带的模式（图片来源：参考资料[2]；Credit：Wyss Institute at Harvard University）
当新冠疫情爆发后，研究人员很快决定，尝试利用这种新技术创造诊断方法：把生物传感器嵌入口罩内部，从人们呼气产生的液滴中快速检测其中是否有病毒颗粒。
对于佩戴者来说，使用起来很简单：准备开始测试时，只需按下按钮释放口罩中预存的一点水，激活冻干的传感器组件。随后，传感器会自动分析口罩内聚集的液滴，并在90分钟内产生结果。最终通过读取口罩上的荧光条带，很容易就能确认新冠病毒的存在与否。另外，无需电源，在室温环境即可使用。
Nguyen博士说：“这种检测方法的灵敏度堪比高度敏感的金标准PCR检测，速度不输用于快速分析新冠的抗原测试。”
▲整合到服装上的可穿戴式生物传感器，检测环境中的病原体和毒素（图片来源：参考资料[2]；Credit: Wyss Institute at Harvard University）
除了放置在口罩内用于检测新冠病毒外，研究人员介绍，这类可穿戴式生物传感器还可以应用到很多威胁健康的场景中。例如，集成到实验人员或急救人员的外套上，检测是否接触到了环境中的病原体或毒素。事实上， 在前期的工作中，研究人员已经对数百种不同类型的织物进行了筛选，以便将这种传感器整合到纺织品中。
参考资料：
[1] Peter Nguyen et al., (2021) Wearablematerials with embedded synthetic biology sensors for biomolecule detection |Nature Biotechnology. Nature Biotechnology. Doi:
[2] Wearable biosensors enable rapid,accurate detection of SARS-CoV-2 and many other pathogens and toxins. RetrievedJune 29, 2021 from https://wyss.harvard.edu/news/face-masks-that-can-diagnose-covid-19/
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