Grib vira ud af den blå luft:Den igangværende søgen efter at fremstille funktionelle biosensorer

Fremtiden kan rumme bærbare og bærbare sensorer til at detektere vira og bakterier i det omgivende miljø. Men vi er der ikke endnu. Forskere ved Tohoku University har studeret materialer, der kan ændre sig mekanisk til elektrisk eller magnetisk energi, og omvendt, i årtier. Sammen med kolleger, de udgav en anmeldelse i tidsskriftet Avancerede materialer om de seneste bestræbelser på at bruge disse materialer til at fremstille funktionelle biosensorer.

"Forskning i at forbedre ydeevnen af ​​virussensorer er ikke gået meget frem i de seneste år, " siger Tohoku Universitys materialeingeniør Fumio Narita. "Vores gennemgang har til formål at hjælpe unge forskere og kandidatstuderende med at forstå de seneste fremskridt for at guide deres fremtidige arbejde for at forbedre virussensorfølsomheden."

Piezoelektriske materialer omdanner mekanisk til elektrisk energi. Antistoffer, der interagerer med en specifik virus, kan placeres på en elektrode, der er inkorporeret på et piezoelektrisk materiale. Når målviruset interagerer med antistofferne, det forårsager en stigning i massen, der reducerer frekvensen af ​​den elektriske strøm, der bevæger sig gennem materialet, signalerer sin tilstedeværelse. Denne type sensor er ved at blive undersøgt for at detektere flere vira, inklusive den livmoderhalskræftfremkaldende humane papillomavirus, HIV, influenza A, Ebola og hepatitis B.

Magnetostriktive materialer omdanner mekanisk til magnetisk energi og omvendt. Disse er blevet undersøgt for at registrere bakterielle infektioner, såsom tyfus og svinepest, og til påvisning af miltbrandsporer. Sonderende antistoffer fikseres på en biosensorchip placeret på det magnetostriktive materiale, og derefter påføres et magnetfelt. Hvis det målrettede antigen interagerer med antistofferne, det tilføjer masse til materialet, fører til en magnetisk fluxændring, der kan detekteres ved hjælp af en sensoroptagerspole.

Narita siger, at udviklingen inden for kunstig intelligens og simuleringsstudier kan hjælpe med at finde endnu mere følsomme piezoelektriske og magnetostriktive materialer til påvisning af vira og andre patogener. Fremtidige materialer kan være spoleløse, trådløs, og blød, gør det muligt at inkorporere dem i tekstiler og bygninger.

Forskere er endda ved at undersøge, hvordan man bruger disse og lignende materialer til at opdage SARS-CoV-2, virus, der forårsager COVID-19, i luften. Denne slags sensorer kunne indarbejdes i underjordiske transportventilationssystemer, for eksempel, for at overvåge virusspredning i realtid. Bærbare sensorer kan også lede folk væk fra et virusholdigt miljø.

"Forskere mangler stadig at udvikle mere effektive og pålidelige sensorer til virusdetektion, med højere følsomhed og nøjagtighed, mindre størrelse og vægt, og bedre overkommelighed, før de kan bruges i hjemmet eller smart tøj, " siger Narita. "Denne slags virussensor vil blive en realitet med yderligere udvikling inden for materialevidenskab og teknologiske fremskridt inden for kunstig intelligens, maskinelæring, og dataanalyse."