可检测新冠的口罩！媲美核酸PCR，灵敏度达500拷贝！

2021年6月28日，哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和麻省理工学院的研究人员在 《Nature Biotechnology》发表了题为《Wearable materials with embedded synthetic biology sensors forbiomolecule detection》的研究论文。该研究开发了一种基于CRISPR技术的可穿戴的合成生物学生物传感器，用以检测环境中的病原体和毒素，并通过发出荧光警告穿戴者。而且，研究团队还将这一技术集成到了标准口罩中，以检测患者呼吸中，以及空气中是否存在新冠病毒（SARS-CoV-2）。据报道，该方法核酸的检测极限可与定量PCR等现有实验室方法相媲美，灵敏度达500拷贝。该面罩可在室温内佩戴，无创检测SARS-CoV-2，不需要用户干预，只需按下按钮，90分钟后便可知结果。

呼吸道飞沫和气溶胶是呼吸道传染病的传播途径，目前基于呼吸的传感器研究主要集中在使用电化学传感器或下游质谱分析检测感染患者体内的挥发性有机化合物或生物标记物，这些方法在使用推广中存在一定的难度。

由于咳嗽、说话或正常呼吸，病毒会积聚在口罩内部，研究团队设计了一个包含四个模块组件的面罩传感器：用于水合作用的储液器、大表面积的样本采集垫、蜂巢形的µPAD反应区（基于微流控的反应设备）和侧向层析试条（LFA）。

工作四模块

每个模块都可以面向外部或面罩内部，除了收集垫外，收集垫必须放置在面罩内部，面向患者的口鼻。毛细作用将任何收集的液体和病毒颗粒从样品收集垫吸住到µPAD，µPAD包含裂解、扩增和检测等。每个反应区由聚乙烯醇（PVA）隔开，每两个反应区之间的孵育时间可调。

口罩结构

第一µPAD反应区包含冻干的裂解试剂，包括已知的裂解病毒膜的组分。

第二个µPAD反应区是一个逆转录-重组酶聚合酶扩增（RT-RPA）反应区，包含一个定制的恒温扩增反应，用于靶向SARS-CoV-2 S基因的非重叠区域。

最后的µPAD反应区包含一个Cas12a-SHERLOCK传感器，该传感器具有用于检测扩增的dsDNA扩增子的优化gRNA。在SARS-CoV-2衍生的扩增子存在下，活化的Cas12a能够使共冻干的6-FAM发生反式切割-生物素ssDNA探针。

为了实现简单视觉读数，使用侧向层析试条进行检测。这部分不再细说了，目前分子的可视化检测，绝大多数都是基于此种方法。

原理图

应用拓展，除了口罩外，研究团队将光纤网络集成到以上技术中，以此定量检测生物反应产生的荧光，产生一个更客观、更令人信服的定量数据，并且这个数字信号还可以发送到一个智能手机应用程序中，让佩戴者实时监控自己接触的各种物质。与此同时，它还具有多种检测功能，例如病原诊断、危险化学品试剂检测和神经毒气检测等等，适用于各种应急人员和应急部门。

可穿戴设备

最后，虽然整个技术刨析看来每个技术点都不算是最新的，但是整合起来也是有点耳目一新。搜索新闻看到，荷兰也曾推测“电子鼻”的新冠检测产品，但是没有查询到具体的灵敏度。

新冠疫情会越来越常态化，也会偶尔会有零星发现。相信便捷、无创、快速、准确的检测手段会逐步走进公众视野。

文献下载：https://doi.org/10.1038/s41587-021-00950-3

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