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新型口罩可检测周边有无新冠病毒,10分钟内发出预警

量子位

2022-09-29 18:46北京

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金磊 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

家人们,口罩现在被“玩”出新高度了。

同济大学最新的一项发明,直接把口罩升级成了一种“探测仪”

研制出一种生物电子口罩,可以检测周围是否有病毒!

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更具体点来说,这种口罩可以在10分钟内检测出多种常见的呼吸道病毒,包括流感、冠状病毒等(例如新冠病毒、H5N1、H1N1)。

若是病毒被检测出来了,口罩就会通过手机这样的移动设备向你发出预警

这项研究已于近日发表在Matter杂志,并且根据研究人员的说法:

这种电子生物口罩可以作为预警诊断工具,预防呼吸道传染病的爆发。

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口罩如何预警病毒?

我们知道,人们咳嗽一下或打一次喷嚏,甚至只是交谈几分钟,都会产生数千个含有传染性病毒的飞沫。

这些飞沫还会长期悬浮在空气中,把空气当作传播的一种媒介。

基于此,研究人员提出一种观点:

直接检测空气中的病毒,可能是早期诊断重大传染病的最佳方法。

但过去的方法往往都会涉及样本预处理、需要专业人员等一系列问题。

所以要实现这种方法,实时快速便捷,就成了老大难的问题。

于是乎,同济大学的研究人员便想到把现在流行的可穿戴电子设备和口罩做一个结合——

打造了一款可穿戴无线生物电子口罩系统

当人们佩戴这样的口罩时,安装在口罩外边的生物电子装置就可以直接分析空气中具备传染性的病毒。

与此同时,像手机这样的移动设备还可以实时获取无线数据的反馈。

这个口罩包含一个IGT(独立气体传送)装置,通道材料材料采用的是“聚(2,3-二氢噻吩-1,4-二恶英)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)”。

除此之外还包括一个呼吸阀和一个PCB(印刷电路板)。

研究人员为了让这个装置能够和柔软弯曲的口罩更加贴合,打造它所采用的材料是又薄又灵活的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板。

而在检测病毒方面,这款口罩还需做到“够精准”。

为此,研究人员采用了双溶剂系统来提高亲脂性离子液体和亲水性PVA的兼容性,形成了均匀的离子凝胶网络。

如此一来,便可以获得长期稳定性、高电容(16.5μF cm-2)和强离子导电性(25°C时为5.95 × 10-3 S/cm)。

由于离子凝胶电介质层的强载流子诱导和显著的门控效应,IGT装置表现出了较好的场放大性能。

即便像COVID-19、H1N1和H5N1这种呼吸道传染病的病毒蛋白浓度低到0.1-10 fg/ml,也可以进行精准检测。

研究人员还表示,这款设备可以对低至0.3μL的痕量级液体样品敏感,这比咳嗽、说话产生的含病毒飞沫的体积小得多。

最后,团队还做了物联网系统集成工作,生物电子面罩就可以随时随地在移动设备上进行操作和监测。

研究人员还表示:

我们的口罩在通风不良的空间,检测效果非常明显,比如电梯或封闭的房间,这些地方感染风险很高。
如果未来出现了一种新的呼吸道病毒,可以很容易地更新传感器设计。

研究团队

本文的通讯作者是同济大学医学院的方寅教授。

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目前主要研究方向包括:生物医用微纳器件与纳米材料;可植入及可穿戴微纳设备;新型脑机接口技术;纳米医学在神经系统、心脏疾病及癌症中的诊断与治疗应用。

[1]https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00477-5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2590238522004775%3Fshowall%3Dtrue
[2]https://med.tongji.edu.cn/info/1401/7236.htm

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