タフツ大学、病原体・毒素・有害化学物質を検出するウェアラブルセンサーを発表

タフツ大学、マサチューセッツ州メドフォード

胴体にセンサー材料を埋め込んだドローン。（画像：SilkLab）

インクのように印刷可能なバイオポリマーセンサー

タフツ工学部の研究者たちは、バクテリア、毒素、危険な化学物質を環境中で検出する方法を開発しました。計算設計されたタンパク質と、カイコ（Bombyx mori）の繭から抽出されたシルクフィブロインに基づくバイオポリマーセンサーは、インクのように幅広い材料（ウェアラブルを含む）に印刷可能です。

ホタルに見られる酵素に類似した酵素を使用し、これらの目に見えない脅威を検出するとセンサーが発光します。

バイオポリマーセンサーはフィルム、スポンジ、フィルターに埋め込んだり、プラスチックのように成形したりして、空気感染と水感染の危険をサンプリング・検出したり、体内の感染を知らせたりするのに使用できます。

センサーは、バクテリア、毒素、危険な化学物質に曝露された可能性がある後に無毒化学物質をスプレーする必要があります。標的が存在する場合、センサーは光を発生し、放出光の強度が標的濃度の定量的尺度となります。

「実験室設計タンパク質とシルクの組み合わせは、高い特異性と感度で幅広い化学・生物学的因子を検出するように適応できるセンサープラットフォームです」と、タフツSilkLab所長のFiorenzo Omenetto教授。「例えば、SARS-CoV-2と抗B型肝炎抗体を、家庭用検査に近いレベルで測定できます。」

センシング要素はモジュール式なので、開発者は新たに設計されたタンパク質を入れ替えて特定の病原体や測定対象分子を捕捉できます。発光メカニズムは同じままです。

「このセンサーを使えば、空気感染SARS-CoV-2の微量を検出でき、次の公衆衛生脅威が何であれ適応させることを想像できます」とOmenetto氏。

センサーは様々な形態を取れます。研究チームが、胴体にセンサー材料を埋め込んだウイルス検知ドローンを作製したことでも明らかです。飛行中、プロペラがドローンの多孔質ボディを通じて気流を誘導し、着陸後に検査できます。この場合空気感染病原体に反応したドローンは、安全な距離から環境監視を可能にします。

研究者たちは、SARS-CoV-2センサーを埋め込んだ材料を60℃で4ヶ月保存した後の保存寿命をテストし、性能変化が非常に小さいことを発見しました。

「これは、タンパク質でできているにもかかわらず、冷蔵保存なしで長期間これらのセンシングインターフェースを製造、流通、保存でき、感度や精度を失わないことを意味します。これは注目に値します」と、プロジェクト共同リーダーのLuciana d'Amone氏。「また、センサーのフォーマットを拡張できる可能性があります。」

「例えば、病原体検出機能付きサージカルマスクを作り、箱に入れて、従来のマスクと同じように時間をかけて使用できます」とd'Amone氏。「食品包装の内側にセンサーを印刷して腐敗と毒素を追跡することもできました。私たちが毎日使用する多くの製品をセンシング機能付きに改造し、通常通り保存・使用できます。」

チームは、個人・患者監視、医療現場での感染制御、家庭・職場・軍事・災害地域での環境センシングなど、用途は多岐にわたると想定しています。

詳細については、Mike Silver氏までお問い合わせください。メール：保護されたアドレス、電話：617-627-0545。