Khẩu trang chẩn đoán COVID-19: công nghệ wFDCF tích hợp test nhanh vi rút corona

Khẩu trang chẩn đoán Covid là dòng khẩu trang được tích hợp công nghệ wFDCF. Đúng hơn, công nghệ wFDCF là thiết bị được đính kèm vào bất kì khẩu trang y tế hiện tại để giúp người đeo phát hiện được F0 khi tiếp xúc dựa trên công nghệ test nhanh có sẵn trong miếng dán wFDCF.

Giới thiệu công nghệ đông khô không tế bào wFDCF dùng trong khẩu trang test nhanh covid

Kỹ thuật công nghệ đông khô không tế bào (wFDCF) liên quan đến việc chiết xuất và làm khô đông lạnh bộ máy phân tử mà tế bào sử dụng để đọc DNA và sản xuất RNA và protein. Các yếu tố sinh học này ổn định trong thời gian dài và việc kích hoạt chúng rất đơn giản: chỉ cần thêm nước. Các mạch di truyền tổng hợp có thể được thêm vào để tạo ra các cảm biến sinh học có thể tạo ra tín hiệu có thể phát hiện được khi có sự hiện diện của phân tử đích.

Cảm biến sinh học đeo wFDCF được cho phép phát hiện nhanh chóng, chính xác vi rút, các mầm bệnh khác và chất độc.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Kỹ thuật cảm ứng Sinh học Wyss tại Đại học Harvard và Viện Công nghệ Massachusetts đã tìm ra cách nhúng các phản ứng sinh học tổng hợp vào vải, tạo ra các cảm biến sinh học có thể tùy chỉnh để phát hiện mầm bệnh và độc tố và cảnh báo cho người mặc.

Nhóm nghiên cứu đã tích hợp công nghệ này vào khẩu trang tiêu chuẩn để phát hiện sự hiện diện của virus SARS-CoV-2 trong hơi thở của bệnh nhân.

Khẩu trang kích hoạt bằng nút bấm cho kết quả trong vòng 90 phút ở mức độ chính xác tương đương với các xét nghiệm chẩn đoán dựa trên axit nucleic tiêu chuẩn như phản ứng chuỗi polymerase (PCR). Thành tựu được báo cáo trên Nature Biotechnology.

“Về cơ bản, chúng tôi đã thu nhỏ toàn bộ phòng thí nghiệm chẩn đoán thành một cảm biến nhỏ, dựa trên sinh học tổng hợp hoạt động với bất kỳ khẩu trang nào và kết hợp độ chính xác cao của các xét nghiệm PCR với tốc độ và chi phí thấp của các xét nghiệm kháng nguyên,”

đồng tác giả đầu tiên cho biết.

“Ngoài khẩu trang, cảm biến sinh học lập trình của chúng tôi có thể được tích hợp vào các sản phẩm may mặc khác để phát hiện các chất nguy hiểm khi đang di chuyển bao gồm vi rút, vi khuẩn, chất độc và tác nhân hóa học.”

Peter Nguyễn, một nhà khoa học nghiên cứu tại Wyss Institute.

Công nghệ này áp dụng lần đầu tiên vào năm 2015 để phát hiện virus Zika. Khi đó, các nhà khoa học đã tạo ra các cảm biến sinh học có thể phát hiện các phân tử RNA có nguồn gốc từ mầm bệnh và ghép nối chúng với một protein chỉ thị màu hoặc huỳnh quang, sau đó nhúng mạch di truyền vào giấy để tạo ra một chẩn đoán di động, chính xác, rẻ tiền. Sau thành công của họ trong việc nhúng cảm biến sinh học của họ vào giấy, họ đặt mục tiêu làm cho chúng có thể đeo được.

Quá trình chuyển từ thiết bị đeo sang tích hợp vào khẩu trang

Nhóm nghiên cứu đã kêu gọi mọi nguồn lực có sẵn cho họ tại Viện Wyss để tạo ra khẩu trang phát hiện COVID-19, bao gồm các công tắc ngón chân được phát triển trong phòng thí nghiệm Peng Yin của thành viên Core Khoa và các cảm biến SHERLOCK được phát triển trong phòng thí nghiệm Collins. Sản phẩm cuối cùng bao gồm 3 phản ứng sinh học đông khô khác nhau được kích hoạt tuần tự bằng cách giải phóng nước từ bể chứa thông qua một lần nhấn nút.

• Phản ứng thứ 1 cắt mở màng của virus SARS-CoV-2 để lộ RNA của nó.
• Phản ứng thứ 2 là một bước khuếch đại tạo ra nhiều bản sao chuỗi kép của gen mã hóa Spike từ RNA của virus.
• Phản ứng thứ 3 sử dụng công nghệ SHERLOCK dựa trên CRISPR để phát hiện bất kỳ đoạn gen Spike nào và để phản ứng lại, cắt phân tử thăm dò thành hai mảnh nhỏ hơn, sau đó được báo cáo qua dải xét nghiệm dòng chảy bên.

Việc có bất kỳ mảnh Spike nào để cắt hay không phụ thuộc vào việc bệnh nhân có SARS-CoV-2 trong hơi thở của họ hay không. Sự khác biệt này thể hiện ở những thay đổi trong một mẫu vạch đơn giản xuất hiện trên phần đọc của thiết bị, tương tự như khi thử thai tại nhà.

Mặt nạ wFDCF là xét nghiệm axit nucleic SARS-CoV-2 đầu tiên đạt được tỷ lệ chính xác cao có thể so sánh với các xét nghiệm RT-PCR tiêu chuẩn vàng hiện tại trong khi hoạt động hoàn toàn ở nhiệt độ phòng, loại bỏ nhu cầu làm nóng hoặc làm mát dụng cụ và cho phép sàng lọc nhanh chóng mẫu bệnh phẩm bên ngoài phòng thí nghiệm.

Khi có mặt các hạt SARS-CoV-2, hệ thống wFDCF sẽ cắt một liên kết phân tử làm thay đổi kiểu đường hình thành trong dải đọc, tương tự như thử thai tại nhà.

Khẩu trang chẩn đoán covid đã phải vượt qua rất nhiều rào cản như: việc thu giữ các giọt chất lỏng trong một thiết bị linh hoạt, không phô trương và ngăn chặn sự bay hơi. Thiết bị chẩn đoán mặt nạ loại bỏ các thành phần điện tử để dễ sản xuất và chi phí thấp, nhưng việc tích hợp các yếu tố lâu dài hơn vào hệ thống sẽ mở ra một loạt các ứng dụng khả thi khác.

Trong bài báo của mình, các nhà nghiên cứu chứng minh rằng một mạng lưới cáp quang có thể được tích hợp vào công nghệ wFCDF của họ để phát hiện ánh sáng huỳnh quang được tạo ra bởi các phản ứng sinh học, cho thấy việc phát hiện phân tử mục tiêu với mức độ chính xác cao. Tín hiệu kỹ thuật số này có thể được gửi đến một ứng dụng điện thoại thông minh cho phép người đeo theo dõi mức độ phơi nhiễm của họ với một loạt các chất.

Nhóm đang tích cực tìm kiếm các đối tác sản xuất quan tâm đến việc giúp sản xuất hàng loạt thiết bị chẩn đoán mặt nạ để sử dụng trong đại dịch COVID-19, cũng như để phát hiện các mối nguy sinh học và môi trường khác.

“Sự khéo léo và cống hiến của đội ngũ này trong việc tạo ra một công cụ hữu ích để chống lại một đại dịch chết người trong khi làm việc trong những điều kiện chưa từng có là rất ấn tượng. Nhưng ấn tượng hơn nữa là các cảm biến sinh học có thể đeo được này có thể được áp dụng cho nhiều mối đe dọa sức khỏe khác nhau ngoài SARS-CoV-2, và chúng tôi tại Viện Wyss rất mong muốn hợp tác với các nhà sản xuất thương mại để nhận ra tiềm năng đó ”

Don Ingber , Giám đốc sáng lập Viện Wyss. Ingber cũng là Giáo sư Sinh học Mạch máu của Dân tộc Judah tại Trường Y Harvard và Bệnh viện Nhi đồng Boston và là giáo sư về kỹ thuật sinh học tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson.

Khi sản phẩm này thương mại hóa và chào bán trangthietbiytehcm.com sẽ nhập hàng về phục vụ quý khách.

Tiếp tục cập nhật trương tương lai khi có tiến triển về sản phẩm mang tính đột phá này.

Nguồn tài liệu tham khảo:

news.harvard.edu

nature.com