タフツのエンジニアが病原体、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

機体にセンサー素材を埋め込んだドローン。 （画像：シルクラボ）

タフツ工学大学院の研究者らは、ウェアラブル製品を含む幅広い素材にインクのように印刷できるバイオポリマー センサーを使用して、環境中の細菌、毒素、危険な化学物質を検出する方法を開発しました。

ホタルに含まれる酵素と同様の酵素を使用するこのセンサーは、コンピュータで設計されたタンパク質とカイコガのカイコモリの繭から抽出されたシルクフィブロインに基づいており、これらの目に見えない脅威を検出すると光ります。

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て、空気中や水中の危険をサンプリングして検出したり、体内の感染を知らせるために使用したりすることもできます。

現在、センサーは細菌、毒素、危険な化学物質にさらされる可能性がある場合、非毒性の化学物質をスプレーする必要があります。ターゲットが存在する場合、センサーは光を生成します。放射された光の強度は、ターゲットの濃度の定量的な尺度を提供します。

「研究室で設計されたタンパク質とシルクの組み合わせは、高度な特異性と感度で広範囲の化学物質や生物学的物質を検出するために適応できるセンサープラットフォームです」とタフツシルクラボ所長のフィオレンツォ・オメネット教授は述べた。 「たとえば、SARS-CoV-2 や抗 B 型肝炎抗体は、家庭でのアッセイ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であるため、開発者は、発光メカニズムは同じままで、新たに設計したタンパク質を交換して特定の病原体や分子を捕捉して測定することができます。

「このセンサーを使用すると、微量の空中浮遊 SARS-CoV-2 を検出できます。あるいは、次の公衆衛生上の脅威が何であれ、それに適応するようにセンサーを改造することも想像できます」とオメネット氏は述べています。

研究チームが機体にセンサー素材を埋め込んだウイルス感知ドローンを開発していることからもわかるように、センサーはさまざまな形を取ることができる。飛行中、プロペラはドローンの多孔質体を通る気流を導き、着陸後に検査することができます。この場合、ドローンは空中浮遊病原体に反応するため、安全な距離から環境を監視できる可能性があります。

研究者らは、SARS-CoV-2 センサーが埋め込まれた材料を 60 °C で 4 か月間保存した後の保存期間をテストしたところ、性能の変化がほとんどないことがわかりました。

「これは、これらのセンシングインターフェースを、感度や精度を損なうことなく、冷蔵保管の必要もなく、長期間製造、流通、保管できることを意味します。これは、タンパク質でできているという事実から驚くべきことです。」とプロジェクト共同リーダーのルシアナ・ダモネ氏は述べています。さらに、センサーのフォーマットも拡張される可能性があります。

「たとえば、病原体を検出できるサージカルマスクを作り、それを箱に詰めて、従来のマスクと同じように長期間使用することができます」とダモネ氏は言う。 「また、食品パッケージ内にセンサーを印刷して、腐敗や毒素を追跡できることも示しました。私たちが毎日使用している非常に多くの製品を改造して、感知機能を組み込み、通常と同じように保管して使用することができます。」

チームは、医療現場での個人と患者のモニタリングと感染制御から、家庭、職場、軍事、災害地域での環境センシングに至るまで、センサーのアプリケーションを想定しています。

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