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Développant un masque protecteur qui peut trouver COVID-19

Thought LeadersDr. Peter Nguyen
Dr. Luis R. Soenksen

A face mask has been developed that can detect COVID-19. News-Medical spoke to the researchers behind this idea to find out more about how it works.

Pourriez-vous veuillez se présenter et nous dire ce qui a inspiré votre recherche dans la maladie 2019 (COVID-19) de coronavirus ?

Peter Nguyen est un scientifique de recherches à l'institut de Wyss à l'Université de Harvard et Luis Soenksen est un scientifique de recherches et un constructeur d'entreprise à la clinique de MIT Jameel pour l'AI et la santé.

Notre laboratoire à MIT/Harvard (https://www.collinslab.mit.edu/) est actuel concentré sur des voies de porter les circuits biologiques avancés, un inducteur connu sous le nom de biologie synthétique de `,' hors du laboratoire et dans la technologie quotidienne. Ceci nous a aboutis à nous concentrer sur les wearables biocapteur-contenants.

Les wearables disponibles dans le commerce de courant (montre par exemple, de FitBit ou de pomme) trouvent les signes physiologiques électroniquement. Cependant, ils ne peuvent pas trouver l'exposition à un agent pathogène ou à une toxine. C'est quelque chose qui exige actuel d'un laboratoire entier de traiter des échantillons.

Nos détecteurs peuvent maintenant porter que le même pouvoir de contrôle aux wearables de trouver et recenser des agents pathogènes (toutes bactéries ou virus) ainsi que des toxines. Essentiellement, notre technologie miniaturise un laboratoire entier sur un vêtement portable. Quand le coup universel, nous a immédiatement pivoté notre travail à développer un portable qui pourrait trouver COVID-19 d'une voie discrète, peu coûteuse, et rapide.

Virus SARS-CoV-2

Virus SARS-CoV-2. Crédit d'image : Yeti pointillé/Shutterstock.com

Presque 4 millions de personnes sont morts très loin de la manifestation COVID-19. Pourquoi est-ce qu'est-il important pour que des chercheurs et des organismes viennent ensemble et à travaillent en collaboration pour aider l'avance nos méthodes de dépistage et de prévention ?

La collaboration au sein de la communauté de la recherche en partageant des caractéristiques, des idées, et le contrôle par retour de l'information constructif est veiller essentiel à nous ont une diversité des approches et des technologies à notre disposition. Nous tous établissons hors circuit de l'un l'autre d'une voie merveilleuse, la technologie vaccinique étonnante qui a résulté de cette pandémie est un exemple de cela.

Nos besoins de la technologie de dépistage/de surveillance de rattraper. Nous avons bénéficié grand des discussions réfléchies avec des chercheurs dans les domaines et les cliniciens disparates, aussi. Il est particulièrement important pour un projet multidisciplinaire de ce type.

Quels sont des biocapteurs et comment peuvent elles trouver des agents pathogènes et des toxines ?

Les biocapteurs utilisent les circuits génétiques conçus pour produire des détecteurs et des détecteurs pour une cible moléculaire désirée par la biologie, contrairement à détecteurs électroniques/mécaniques/optiques. Nous pensons que des biocapteurs approprié seulement au dépistage d'agent pathogène et de toxine, car ils peuvent se connecter par interface directement à ces composantes moléculaires.

Nos réactions physiologiques à ces dangers sont principalement biologiques en nature. Par reengineering les interactions entre les molécules biologiques, des détecteurs extrêmement sensibles peuvent être produits. Les biocapteurs activeront le prochain rétablissement des wearables artificiellement conçus qui ont détecter des capacités assimilées à celle de notre propre peau ou système immunitaire.

Vous aviez travaillé à cette technologie sans cellule lyophilisée (wFDCF) portable pendant plus de trois années et d'abord utilisée lui avec le papier. Quels problèmes avez-vous rencontrés en essayant de recréer ce biocapteur de sorte qu'il soit portable et comment vous les ayez surmontés ?

Notre travail pour le masque protecteur COVID-19 est réellement établi sur notre diagnose sur papier précédente d'Ebola et de Zika. Ces tests ont expliqué la technologie lyophilisée mais ont toujours exigé d'un usager qualifié de préparer un échantillon, l'appliquent au papier, et aux instruments pour le traiter. Pour notre travail actuel, nous avons voulu nous concentrer sur avoir la technologie fassions fonctionner autonome, avec la collection automatique témoin, la préparation des échantillons intégrée, et l'intervention de l'utilisateur minimale.

Pour le masque protecteur, tout l'usager doit faire pour déclencher le détecteur pour commencer l'analyse est pression par bouton. Ces obstacles variés n'étaient pas insignifiants, nous prenant plusieurs années au technicien. Un grand problème que nous avons rencontré était évaporation, comme les réactions de FDCF ont besoin d'eau pour fonctionner. Tellement du bureau d'études dans les wearables concevait les détecteurs pour réduire à un minimum l'évaporation tout en mettant à jour la souplesse et la continuité avec l'environnement, à l'aide des chambres élastomères hydrophobes particulièrement conçues de détecteur.

En outre, les détecteurs de masque protecteur ont employé un modèle plus complexe de multi-réaction, exigeant des délais de s'assurer que chaque réaction lyophilisée s'est produite d'une façon par étapes et était pourtant capable faire fonctionner autonome. Chaque opération et composante ont dû être laborieux optimisées de sorte que le système entier ait accompli robuste. Il y avait beaucoup d'optimisation matérielle aussi bien, pour s'assurer que nous avons eu le bon flux de l'eau et de la compatibilité avec des réactifs variés.

Pouvez-vous veuillez décrire comment vous avez effectué votre dernière recherche dans développer ce biocapteur portable ? Comment ce biocapteur fonctionne-t-il ?

Le détecteur COVID-19 ici contient également les détecteurs biologiques lyophilisés (basés sur des enzymes de CRISPR). Fixée au détecteur est une garniture de ramassage témoin qui rassemble les aérosols de l'haleine de l'usager. Quand l'usager s'est usé le masque pour un laps de temps approprié (un minimum de 15-30 mn), ils appuient sur un bouton qui perce une poche remplie d'eau d'ampoule, qu'immédiatement les tampons arrosent par la garniture de ramassage témoin, poussant le long de toutes les particules virales dans le détecteur pour l'analyse. Le détecteur contient trois réactions lyophilisées, chacune séparée par un à retard de temps soluble.

D'abord, un mélange détergent optimisé perturbe toutes les membranes virales. La deuxième réaction est une transcriptase inverse accouplée - la réaction isotherme de l'amplification de polymérase de recombinase (RT-RPA), qui convertit l'ARN viral en ADN et amplifie un endroit de elle (le codage de gène pour la protéine de pointe). La troisième et dernière réaction est le senseur de CRISPR (Cas12a), qui trouve l'ADN amplifié. Il y a une molécule de sonde qui obtient fendue (coupure) par le Cas12a s'il est activé.

À la fin, une fois que le détecteur a été accompli, les flux de réaction à un filet transversal de flux (assimilé à un test de grossesse) où le résultat est présenté simplement comme configuration visible des bandes en vertu de la laquelle varie, que la sonde ait été fendue ou pas.

Masque protecteur COVID-19

Masque protecteur qui peut trouver COVID-19. Crédit d'image : Institut de Wyss pour le bureau d'études biologiquement inspiré à l'Université de Harvard

Votre masque protecteur peut trouver la présence de SARS-CoV-2 avec la même exactitude que les tests normaux d'ACP. Que d'autres avantages ce masque protecteur a-t-ils au-dessus d'autres méthodes employées pour diagnostiquer COVID-19 tel que des tests d'ACP ?

  • Il est très pratique - si vous vous usez déjà un masque, pourquoi pas ayez un test tandis que vous vous usez un ?
  • Il est non envahissant, trouvant le virus de l'haleine de l'usager. Plus la saisie d'haleine est longue, le plus échantillon procurable pour l'analyse.
  • Elle est peu coûteuse - actuel, nos coûts diagnostiques de détecteur du prototype COVID-19 au total approximativement $5 USD, pas comprenant le coût du masque lui-même. À ce coût, nous pensons qu'il serait compétitif comme masque et test tout-en-un remplaçables. Nous anticipons cela avec un produit masse-manufacturé, cette remarque des prix devrions relâcher.
  • Elle heurte l'endroit doux de la sensibilité et de la vitesse - à la différence d'un test d'antigène, c'est un test d'amplification d'acide nucléique (NAAT), qui trouve directement le génome du virus. À la différence d'un test typique d'ACP, ce test de masque protecteur peut donner des résultats dans un délai de 90 mn sans devoir envoyer n'importe quoi à un laboratoire.
  • Aucun instrumentation et fonctionnement d'usager minimal - le détecteur est entièrement intégré dans le matériau, et tous les besoins de l'utilisateur de faire pour l'activer est pression par bouton. Il n'y a aucun instrument ou pouvoir requis.
  • Il fonctionne à la température ambiante - c'est quelque chose que cela retentit insignifiant, mais lui réellement bien dur pour réaliser. Toutes les réactions peuvent fonctionner à la température ambiante, qui était ce qui activé nous à se passer des instruments de laboratoire (par exemple, chauffage exigée par ACP).

À quoi d'autres applications ce masque protecteur a-t-il pu potentiellement être appliqué ?

Une application immédiate a pu être trouvante et surveillante l'écart des variantes COVID-19. Si des masques étaient expédiés à une population et aux résultats rapportés sur un APP, nous pourrions pouvoir obtenir un plan extrêmement détaillé de l'écart d'une variante, activant des décisions politiques rapides.

S'il y avait une saison particulièrement mauvaise de grippe, ces masques pourraient potentiellement être employés pour distinguer la grippe et le rhume, activant la gestion rapide des antivirals.

Il y a l'apparence de recherches que les autres maladies et même cancer peuvent être trouvé par les composés organiques volatiles exhalés (VOCs). Si nous pourrions développer des biocapteurs pour trouver ces VOCs, il pourrait grand augmenter la gamme de ce qui est détectable au delà des virus respiratoires.

Croyez-vous que ce biocapteur portable nous aidera à trouver davantage des caisses de coronavirus nous permettre tôt d'arrêter l'écart du virus ?

Un point faible dans notre nu étendu par état de préparation global pendant cette pandémie était le manque de contrôle rapide et sensible, qui était grand en retard les infections de battement. Notre technologie de masque pourrait nous permettre d'augmenter grand la fréquence de contrôle à où elle doit être, activant le contrôle potentiellement quotidien en ayant une diagnose qui est facile à utiliser pour la population globale sans besoin d'un laboratoire (car le test est complet indépendant et exige seulement la pression de la touche).

Nous croyons qu'en ramenant le barrage au test diagnostique de sorte qu'il puisse être exécuté n'importe où par n'importe qui mais encore fournir des résultats robustes, nous pourrions rigoureusement augmenter la densité et la fréquence du contrôle. Ce serait une pièce du puzzle principale qui est nécessaire pour arrêter cette pandémie de courant dans ses pistes et pour contenir toutes les futures épidémies avant que ce devienne une pandémie.

Masque protecteur

Masque protecteur. Crédit d'image : MIT

Quelles sont les prochaines opérations dans votre recherche ?

Vu le coût bas, la commodité, la stabilité de rayon, et la haute performance de la diagnose de masque protecteur, nous pensons que des constructeurs seront excités pour fonctionner avec nous pour développer une version commerciale de notre prototype.

Nous recherchons activement les associés commerciaux pour nous engager dans le modèle pour la fabrication de masse du masque protecteur. Ce procédé a pu être tout accéléré avec les bons associés et soutien gouvernemental. Nous examinons également des versions se développantes du détecteur de masque protecteur qui peut différencier entre les variantes COVID-19.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

Au sujet de M. Peter Nguyen

Peter Nguyen a reçu un B.S. dans les biochimies et le B.A. en philosophie de l'Université du Texas, son M.Bs de l'institut de diplômé de Keck, et son Ph.D. en biochimies de Rice University.M. Peter Nguyen

À l'institut de Wyss, Peter travaille actuel au probiotics programmable et à la technologie manufacturière sans cellule lyophilisée en travers des plates-formes multiples. Ses intérêts de recherches comprennent également des systèmes de bureau d'études pour l'en kit et le contrôle précis des structures de nanoscale ; bureau d'études de protéine pour la biologie synthétique et les applications biomédicales.

 

Au sujet de M. Luis R. Soenksen

Luis R. Soenksen est un expert en matière séquentiel d'entrepreneur et de matériel médical agissant actuel en tant que le constructeur de l'entreprise du MIT premier dans l'artificial intelligence et la santé, où il aboutit le développement et le lancement des entreprises multiples du tranchant AI avec le corps enseignant et les stagiaires en travers du MIT.

Luis retient un Ph.D. en industrie mécanique de MIT, ainsi qu'une licence en génie biomédical de l'Institut de Technologie de Monterrey, et les maîtrises scientifiques en bio-ingénierie d'Université John Hopkins. Sa formation comprend le modèle, le développement, et fabrication, ainsi que les tests cliniques et le déploiement de matériel médical des entreprises de santé.M. Luis R. Soenksen

Dans la recherche, Luis a apporté les cotisations significatives aux inducteurs de la bio-ingénierie, de l'éducation de bio-modèle, du bureau d'études de tissu, de la biologie synthétique, et de l'artificial intelligence. Le travail de Luis a été publié en plusieurs tourillons à haute impression tels que la Science et la nature, la recherche qui a également mené à plusieurs technologies biomédicales brevetées et à la Co-fondation de 4 compagnies de démarrage internationalement.

Emily Henderson

Written by

Emily Henderson

During her time at AZoNetwork, Emily has interviewed over 150 leading experts in all areas of science and healthcare including the World Health Organization and the United Nations. She loves being at the forefront of exciting new research and sharing science stories with thought leaders all over the world.

Citations

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