Gør masker smartere og sikrere mod COVID-19

Et nyt værktøj til overvågning af COVID-19 kan en dag være lige under næsen på dig. Forskere ved University of California San Diego er ved at udvikle en farveskiftende teststrimmel, der kan sættes på en maske og bruges til at detektere SARS-CoV-2 i en brugers åndedræt eller spyt.

Projektet, som modtog $1,3 millioner fra National Institutes of Health, har til formål at give enkle, overkommelig og pålidelig overvågning for COVID-19-infektioner, der kan udføres dagligt og nemt implementeres i ressourcesvage omgivelser. Det er en del af NIH's Rapid Acceleration of Diagnostics Radical (RADx-rad) program for COVID-19.

"På mange måder, masker er den perfekte 'bærbare' sensor til vores nuværende verden, "sagde Jesse Jokerst, professor i nanoingeniør ved UC San Diego Jacobs School of Engineering og hovedefterforsker af projektet. "Vi tager det, mange mennesker allerede har på, og bruger dem igen, så vi hurtigt og nemt kan identificere nye infektioner og beskytte sårbare samfund."

Holdet vil lave teststrimler, eller klistermærker, der kan sættes på enhver maske (N95, kirurgisk eller klud). De vil blive designet til at detektere tilstedeværelsen af ​​protein-spaltende molekyler, kaldet proteaser, som er produceret fra infektion med SARS-CoV-2-virus.

Tanken er, at når brugeren trækker vejret gennem masken, partikler – inklusive SARS-CoV-2-proteaser, hvis brugeren er inficeret – vil ophobes i teststrimlen. Ved slutningen af ​​dagen eller under et maskeskift, brugeren vil udføre testen. Teststrimlen er udstyret med en blisterpakning, som brugeren vil klemme, frigiver nanopartikler, der ændrer farve i nærvær af SARS-CoV-2-proteaserne. En kontrollinje på teststrimlen vil vise, hvordan et positivt resultat skal se ud. Det ville svare til at kontrollere resultaterne af en graviditetstest hjemme.

Jokerst bemærker, at strimlerne ikke er beregnet til at erstatte de nuværende COVID-19-testprotokoller.

"Tænk på dette som en overvågningstilgang, ligner at have en røgalarm i dit hus, " sagde han. "Det her ville bare sidde i baggrunden hver dag, og hvis det bliver udløst, så ved du, at der er et problem, og det var da du ville undersøge det med mere sofistikeret test, "

Teststrimlerne kan nemt masseproduceres via rulle-til-rulle-behandling. Dette ville holde omkostningerne nede på et par cent per strimmel. "Vi ønsker, at dette skal være overkommeligt nok til daglige tests, " sagde Jokerst. Dette ville tillade faciliteter med høj risiko såsom gruppeboliger, fængsler, dialyseklinikker og hjemløse krisecentre for at overvåge nye infektioner tidligere og oftere for at reducere spredning, han sagde.

Jokerst går sammen med forskere ved UC San Diego School of Medicine for at teste strimlerne først på COVID-19-positive spytprøver, derefter på patienter og sundhedspersonale ved Veterans Affairs San Diego Healthcare System.

Medefterforskere på holdet er William Penny, professor i klinisk medicin, og kardiolog ved VA San Diego Healthcare System, Louise Laurent, professor i obstetrik, gynækologi og reproduktionsvidenskab, og Rob Knight, professor i pædiatri, bioteknik og datalogi og teknik, og direktør for Center for Microbiome Innovation ved UC San Diego.

Potentielt værktøj mod fremtidige udbrud

Denne teknologi kan oversætte til fremtidige udbrud af coronavirus, sagde Jokerst. "De proteaser, vi opdager her, er de samme, der findes i infektioner med den originale SARS-virus fra 2003 såvel som MERS-virussen, så det ville ikke være for langt at forestille sig, at vi stadig kunne drage fordel af dette arbejde senere, hvis fremtidige pandemier skulle dukke op."

Og selv med vaccinationsindsatsen i gang, denne overvågningstilgang kunne implementeres i dele af verden, hvor vacciner endnu ikke er tilgængelige eller stadig er begrænset i distribution.

Materialevidenskabelige tilgang til maskesikkerhed

Ud over dette arbejde, Jokerst og hans team, i samarbejde med UC San Diego professor i nanoingeniør Ying Shirley Meng, har udført dybtgående forskning i masker for at besvare et brændende spørgsmål, der dukkede op tidligt i pandemien:Kan N95-respiratorer sikkert genbruges efter at være blevet desinficeret?

Svaret, de fandt, er ja.

Siden starten af ​​COVID-19-pandemien, sundhedspersonale har stået over for mangel på personlige værnemidler. Forskere og medicinske centre i hele USA har fundet måder at dekontaminere og genbruge N95 åndedrætsværn på for at hjælpe med at holde sundhedspersonale sikre, mens de tjener på frontlinjen. Jokerst, Meng og kolleger ønskede at undersøge præcis, hvor sikre og effektive åndedrætsværnene er til genbrug.

Et papir, der beskriver dette arbejde, blev offentliggjort i ACS anvendte materialer og grænseflader . UC San Diego materialevidenskab Ph.D. studerende Wonjun Yim er den første forfatter på undersøgelsen.

UC San Diego-forskerne undersøgte de materialevidenskabelige egenskaber af N95- og KN95-respiratorer før og efter dekontaminering - processen involverede opvarmning af respiratorerne i en ovn ved 70 C (158 F) i 30 minutter ad gangen, tre gange i alt. De brugte et filtreringsapparat til at tælle, hvor mange partikler i luften, der fanges af åndedrætsværnene. De undersøgte også respiratorernes fibre under et elektronmikroskop.

Teamet opdagede, at efter varmebehandlingen, åndedrætsværnene var i stand til at bortfiltrere 90 procent af luftbårne partikler – et lille fald fra deres oprindelige 95-klassificering. De så heller ingen ændringer i strukturen, tæthed eller bredde af fibrene.

"Disse masker er mere genanvendelige, end folk tror. Dette er god viden at have, at vide, at disse stadig giver betydelig beskyttelse efter at være blevet opvarmet flere gange, " sagde Jokerst.

"People right now don't understand what happens when you breathe on a piece of cloth all day, " he said. "These studies will lay the foundation to get us thinking about how we can use our masks in safer and smarter ways."