Cât de eficiente sunt măștile bioelectronice pentru detectarea bolilor infecțioase respiratorii precum COVID-19?


Într-un studiu recent publicat în Întrebare jurnal, cercetătorii au demonstrat detectarea bolilor infecțioase respiratorii folosind măști bioelectronice.

Studiu: Măști bioelectronice purtabile pentru detectarea fără fir a bolilor infecțioase respiratorii prin medii gazoase. Credit imagine: CROCOTHERIE / Shutterstock

Virușii respiratori pot continua să circule prin aer prin picături sau aerosoli în timpul perioadei de incubație pentru transmiterea de la om la om. Potrivit studiilor, o singură tuse, strănut sau chiar câteva minute de conversație pot genera mii de picături infecțioase care conțin viruși care pot rămâne în aer ca mijloc de transmitere pentru perioade lungi de timp. Prin urmare, cea mai promițătoare metodă pentru diagnosticarea precoce a tulburărilor infecțioase grave, cum ar fi infecțiile cu sindromul respirator acut sever cu coronavirus 2 (SARS-CoV-2), ar putea fi detectarea directă a virușilor în aer. Examinarea directă a mediilor în aer este o abordare subutilizată pentru diagnosticarea bolilor respiratorii infecțioase.

Prezentarea măștii bioelectronice

În studiul actual, cercetătorii au dezvoltat un dispozitiv de mască bioelectronic purtabil care a fost integrat cu tranzistori de ioni (IGT) pentru a detecta infecțiile respiratorii.

Gadgetul bioelectronic plasat pe exteriorul măștii poate evalua imediat virușii contagioși din aer în timp ce o persoană îl poartă. Feedback-ul de date wireless poate fi, de asemenea, obținut simultan și în timp real pe dispozitivul mobil. O supapă de respirație, o placă de circuit imprimat (PCB) și un dispozitiv IGT având poli(2,3-dihidrotieno-1,4-dioxină)-poli(stirensulfonat) (PEDOT:PSS) ca materiale de canal sunt toate incluse în bioelectronică masca. Un gel romboedric de ioni lichidi (PVA-IL) cu alcool polivinilic (PVA) a fost utilizat pentru modelarea IL-IGT polimerizată cu trei canale (PIL-IGT) pe electrozi. Dispozitivul a fost foarte potrivit pentru suprafața flexibilă a măștii de față, deoarece a fost construit dintr-un substrat subțire și flexibil de polietilen tereftalat (PET). În plus, a fost prevăzută o supapă de respirație detașabilă pentru a acoperi porturile IGT de detectare PIL și pentru a proteja împotriva deteriorării și a contaminării cu praf.

Fabricarea, principiile de funcționare și performanța PIL-IGT

Ca componentă principală a gelului ionic, a fost utilizat PVA datorită biocompatibilității sale ridicate. Prin adăugarea de 1-etil-3-metilimidazol bis(trifluormetilsulfonil)imidă (EMIM:TFSI), cunoscută în mod obișnuit ca PVA-IL, la gelul ionic, conductivitatea ionică a fost crescută. Un sistem cu dublu solvent constând din apă și dimetil sulfoxid (DMSO) a fost utilizat ca mediu de dispersie pentru a îmbunătăți dispersibilitatea EMIM:TFSI lipofil în PVA.

Imprimarea tridimensională (3D) a fost utilizată pentru a crea un design pentru un gel ionic PAV-IL pe trei canale diferite PIL-IGT. În plus, fabricarea tranzistorului a fost simplificată prin proprietatea imprimabilă a gelului ionic PVA-IL. PIL-IGT la scară largă pot fi fabricate folosind imprimare programabilă și un gel de ioni PVA-IL omogen, care ar putea ajuta la minimizarea variației dispozitivului. În plus, imprimarea cu punct fix a permis reglarea atentă a acoperirii gelului ionic PVA-IL.

Când o tensiune pozitivă este conectată la electrodul de poartă, ionii pozitivi se deplasează către stratul de canal de gel ionic/PEDOT:PSS pentru a forma un strat dublu electric (EDL), în timp ce ionii negativi din gelul ionic PVA -IL migrează și se acumulează pe interfața gel ionic/electrod poartă. Datorită conductivității sale ionice, PEDOT:PSS poate fi injectat și adăugat cu ioni pozitivi parțial într-un gel de ioni PVA-IL. Dopajul cu ioni pozitivi favorizeaza progresia reactiei intr-o directie pozitiva. Corpul principal conductiv (PEDOT) în stratul activ neutralizat (PEDOT0) din cauza competiției pentru grupuri încărcate negativ (PSS), care se manifestă printr-o scădere a curentului care circulă între electrodul curent și electrodul sursă.

Curentul sursă-scurgere (Ial) în curbele de ieșire reduse ca tensiunea poartă-sursă (Vgs) a fost crescută în trepte de 0,2 V, arătând un efect remarcabil de trecere a tensiunii de poartă atunci când este expus la gelul ionic PVA-IL. Contactul ohmic semnificativ între materialele canalului și gelul ionic PVA-IL a fost demonstrat și prin curba relației dintre curentul sursă-dren și tensiunea sursă-dren. Acest lucru ar putea rezulta din fluiditatea gelului ionic înainte de turnare și flexibilitatea acestuia după turnare.

Detectarea țintei în urme lichide

Proteina țintă a fost examinată folosind PIL-IGT prin imobilizarea multor aptameri ca sonde biologice. Pentru studiu au fost luate în considerare adaptabilitățile unilichide ale aptamerilor la temperatură, pH și condiții chimice.

Capacitatea de răspuns a PIL-IGT ca platformă universală de detectare a fost evaluată folosind proteine ​​din bolile infecțioase respiratorii, inclusiv SARS-CoV-2, H1N1 și H5N1. S-a descoperit că, atunci când cantitățile de proteină cu vârf SARS-CoV-2 au crescut de la 0,1 fg/mL la 10 ng/mL, curba de transfer PIL-IGT a arătat o schimbare vizibilă către un nivel de tensiune de poartă mai scăzută. După legarea de ținte de proteine, aptamerii au suferit rearanjamente conformaționale. Acest lucru a schimbat tensiunea efectivă de poartă în circuitul de poartă, precum și distribuția și concentrarea sarcinilor de suprafață pe electrodul de poartă.

Detectarea țintelor în medii gazoase

Pentru a imita răspândirea aerosolilor într-un mediu deschis, a fost folosit un atomizor. Atomizorul a produs un gaz de atomizare de până la 3-5 mm, care este aproximativ de dimensiunea picăturilor în aer. Modificările de tensiune de poartă observate atunci când PIL-IGT a fost expus la proteinele de vârf SARS-CoV-2 din gazul de atomizare au fost în concordanță cu cele observate la detectarea probelor de lichid în urme. Similar cu cel observat pentru atomizarea gazului care conține proteinele H1N1 și H5N1, PIL-IGT a demonstrat, de asemenea, o scădere a gradientului de tensiune de poartă, demonstrând capacitatea sa de a testa ținte în gazul de atomizare.

În rezumat, studiul a descris caracteristicile dispozitivului de mască bioelectronic purtabil bazat pe IGT, având un gel ionic ca strat dielectric.

Add Comment