同济大学开发生物电子口罩，10分钟内检出病毒

上海同济大学医学院教授方寅和合作者发明了一种口罩，可以通过飞沫或气溶胶检测空气中常见的呼吸道病毒，包括流感和冠状病毒。如果周围空气中有目标病原体，它可以在10分钟内通过移动设备向佩戴者发出警报。

呼吸道传染病（H1N1、H5N1、COVID-19等）是通过微滴或气溶胶在空气中不断传播的流行病。然而，在气体介质中检测样品受到痕量和低浓度要求的阻碍。

普遍易感

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呼吸道传染病是由病原体侵入和感染呼吸系统引起的。这些疾病在全球范围内传播并威胁人类生命和健康，例如2003年的禽流感病毒H5N1，2009年的流感病毒H1N1和2019年的冠状病毒病（COVID-19）。

在人际传播的潜伏期内，呼吸道病毒可以通过飞沫或气溶胶在空气中不断传播。研究表明，一次咳嗽或打喷嚏，甚至几分钟的讲话，都会产生数千个含有传染性病毒的飞沫，这些飞沫可以作为传播媒介长时间悬浮在空气中。

主要经飞沫传播，也可通过直接密切接触或间接接触传播。人群对多数呼吸道传染病普遍易感。有的病后有一定免疫力或持久免疫力，或者通过接种疫苗获得一定的免疫力。

 早期诊断传染病

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直接检测空气中的病毒可能是早期诊断主要传染病的最有吸引力的方法。然而，对空气传播介质的直接分析在诊断呼吸道传染病方面没有得到充分利用。目前的临床诊断方法，如定量聚合酶链反应与逆转录（RT-PCR），酶联免疫吸附测定（ELISA）和等温核酸扩增技术，主要侧重于分析从受感染/未感染个体收集的样本。

对于这些诊断方法来说，预先诊断周围空气中病毒的存在是具有挑战性的。此外，这些诊断技术需要样品预处理和专业技术人员，这很难满足现场和床旁检测的要求。因此，实时、快速、便携的气体介质检测技术将有利于减缓呼吸系统疾病的传播，缓解检测瓶颈。

研究人员开发了一种与离子门控晶体管集成的可穿戴生物电子掩模器件。基于离子凝胶的灵敏门控效应，适配体功能化晶体管可以测量超低浓度（0.1 fg/mL）的痕量级液体样品（0.3 μL），甚至气态介质样品。具有多通道分析的离子门控晶体管可以在10分钟内同时响应多个目标，特别是在没有样品预处理的情况下。集成无线物联网系统使可穿戴口罩能够实现对周围空气的实时和现场检测，在感染前提供警报。可穿戴生物电子口罩有望作为早期预警系统，防止呼吸道传染病的爆发。

提前预防

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总体而言，方寅和合作者展示了一种基于IFT的可穿戴生物电子掩模器件，其中离子凝胶作为介电层。在PVA-IL离子凝胶的合成中，开发了一种双溶剂体系，以促进各组分的相容性并降低挥发性。凭借PVA-IL离子凝胶的浇口效果，PIL-IGT在检测痕量级液体样品（0.3 μL）和气态介质样品方面表现出优异的性能。低检测限（0.1 fg/mL）、快速响应（10分钟）和多通道分析等优点使生物电子口罩成为各种呼吸道传染病（包括H1N1、H5N1和COVID-19）的通用检测平台。此外，在可穿戴口罩上集成物联网技术将有助于个人防护的无线和实时监控，并提前预防传染病。

接下来，该团队希望通过优化聚合物和晶体管设计，缩短检测时间，进一步提高传感器的灵敏度。他们还在研究针对癌症和心血管疾病等多种健康状况的可穿戴设备。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.08.020

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。