原文标题：
哈佛大学Wyss团队研发出口罩PCR诊断病毒
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发布时间：
2021年7月14日
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原文内容：
口罩崁入可穿戴生物传感器能够快速、准确地检测 COVID-19 病毒及其他病原体和毒素。
哈佛大学 Wyss 生物启发工程研究所和麻省理工学院的一组研究人员找到了一种将合成生
物学反应嵌入织物的方法，创造了可定制的穿戴式生物传感器，可以检测病原体和毒素并
提醒佩戴者。该团队已将该技术整合到 wFDCF 标准口罩中，以检测患者呼吸中是否存在
SARS-CoV-2 病毒。
佩戴者按下 wFDCF 面罩上的按钮，将少量水释放到系统中，可在 90 分钟内进行聚合酶
链反应（PCR）核酸标准诊断测试，取得相当的准确度结果。该成果发表在《Nature
Biotechnology 自然生物技术》上。
该团队表示，可将整个诊断实验室缩小到一个小型的、基于合成生物学的传感器，可与任
何面罩配合使用，并将 PCR 检试的高精度与抗原测试的速度和低成本相结合。除了口罩
外，还可可编程生物传感器整合到其他服装或织物中，以提供对危险物质的移动检测，包
括病毒、细菌、毒素和化学制剂。
SARS-CoV-2 生物传感器是三年研究成果，一种可穿戴冷冻干燥无细胞（wFDCF）技术，涉
及提取和冷冻干燥细胞用于读取 DNA 并产生 RNA 和蛋白质的分子机制。这些生物元素在
很长一段时间内都是稳定的，启动它们很简单：只需加水。可以添加合成遗传电路来创建
生物传感器，该传感器可以响应目标分子的存在而产生可检测的信号。
这项技术曾应用于 2015 年 Zika病毒爆发时诊断，可以检测病原体衍生的 RNA 分子，并
将它们与有色或荧光指示蛋白结合，然后嵌入遗传电路到木质纸上而成为廉价、准确、便
携的诊断工具。在成功将生物传感器嵌入纸张后，该团队将目光投向了可穿戴设备。
然后，因应 2020 年 COVID-19 大流行来袭，该团队提出了将 wFDCF 集成到口罩中以检
测 SARS-CoV-2 的想法。整个项目从 2020 年 5 月开始在隔离或严格的社会隔离下完成
。
他们创建的 COVID-19 检测口罩，最终产品由三种不同的冻干生物反应组成，通过按钮从
水库中释放水来依次启动这些反应。
第一个反应是切开 SARS-CoV-2 病毒的膜以暴露其 RNA。
第二个反应是一个扩增步骤，从病毒 RNA 中生成大量 Spike 编码基因的双链拷贝。
最后的反应使用基于 CRISPR 的 SHERLOCK 技术来检测任何 Spike 基因片段，作为响应
，将探针分子切成两个较小的片段，然后通过侧向流检测，是否有任何可切割的 Spike
片段取决于患者呼吸中是否有 SARS-CoV-2。
这种差异反映在设备读数部分出现的简单线条图案的变化上，类似于简易型验孕棒试验。
wFDCF 口罩是首个 SARS-CoV-2 核酸检测，其准确率可与当前的标准 RT-PCR 检测相媲美
，同时在室温下完全运行，无需加热或冷却仪器，并允许快速筛查实验室外的患者样本。
也就是说，这项检测过程，冷冻干燥、无细胞合成生物学技术可以扩展到可穿戴设备，并
用于新型诊断应用，包括面罩诊断的开发。面罩诊断省略了电子元件，有利于易于制造和
低成本，但将更多的永久性元件整合到系统中开辟了广泛的其他可能应用。
在他们的论文中，研究人员证明，可以将光纤电缆网络整合到他们的 wFCDF 技术中，以
检测生物反应产生的荧光，从而以高精度检测目标分子。这种数字信号可以发送到智能手
机应用程序，让佩戴者能够监控他们接触大量物质的情况。
这项技术可以被纳入研究危险材料或病原体的科学家的实验室外套，医生和护士防护衣，
或可能暴露于危险病原体或毒素（如神经毒气）的急救人员和军事人员的制服。该团队正
在积极寻找有兴趣帮助大规模生产，可在 COVID-19 大流行期间使用的面罩诊断工具以及
检测其他生物和环境危害的制造合作伙伴。
这项研究得到了国防机构 HDTRA1-14-1-0006、Paul G. Allen Frontiers Group、Wyss
生物启发工程研究所、哈佛大学、娇生公司的支持。
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哈佛大学的研究团队开发了一种可以检测病毒的口罩，未来类似的技术还可以用在实验室
和医院人员的衣物，保护安全。