Robert Klatt
Eine neue Schutzmaske kann Grippe- und Coronaviren in der Luft erkennen, um die Nutzer in gefährlichen Räumen zu warnen.
Shanghai (China). Schutzmasken können laut Studien das Ansteckungsrisiko mit unterschiedlichen Viren deutlich reduzieren, wenn sie korrekt verwendet werden. Wissenschaftler der Tongji-Universität haben nun eine bioelektronische Mund-Nasen-Maske vorgestellt, die Menschen nicht nur vor Infektionen schützt, sondern auch Viren in der Luft erkennen kann.
Laut der Publikation im Fachmagazin Matter kann der Prototyp der Maske mit speziellen Sensoren das Coronavirus Sars-CoV-2 sowie die Grippeviren H1N1 und H5N1 erkennen. Der Nachweis der Viren benötigt etwa zehn Minuten. Anschließend erhält der Träger der neuen Maske automatisch eine Nachricht auf sein Smartphone.
Die beiden Grippeviren und das Coronavirus werden über Aerosole und kleine Tröpfchen in der Luft übertragen, die infizierte Menschen beim Atmen, Sprechen und Husten abgeben. Wie Yin Fang erklärt, soll die bioelektronische Maske ihre Nutzer warnen, wenn diese sich in einer Umgebung mit einer hohen Virenlast aufhalten.
„Unsere Maske würde in schlecht belüfteten Räumen, wie Aufzügen oder geschlossenen Räumen, in denen das Infektionsrisiko hoch ist, sehr gut funktionieren.“
Erkannt werden die Viren über Aptamere (DNA-Stücke), an die sich bestimmte Virusproteine binden können. Wenn ein solches Protein in der Maske an ein Aptamer andockt, entsteht ein Signal, das durch einen ionengesteuerten Transistor verstärkt wird. Die Ionen befinden sich dazu in einem Gel, also einem elastischen Feststoff, das gut in einen flexiblen elektronischen Schaltkreislauf eingebunden werden kann. Die Schaltung erfolgt, wenn die Virenproteine die Aptamere besetzen.
Die aktuelle Version der Maske verfügt über drei Sensoren, die auf die beiden Grippeviren und das Coronavirus angepasst sind. Es ist somit möglich, alle drei Viren unabhängig voneinander zu erkennen, wenn diese parallel in der Luft vorhanden sind. Die detektierte Viruslast wird dann kabellos auf das Smartphone des Nutzers übertragen.
„Benutzer können die Ergebnisse über die Cloud-Datenbank mit Gesundheitseinrichtungen teilen, um sofortige Hilfe zu erhalten, und wichtige Informationen für eine frühzeitige Epidemiebekämpfung bereitstellen.“
Eine Anpassung an andere Viren, die sich ebenfalls über die Atemluft übertragen, ist laut den Entwicklern mit wenig Aufwand möglich.
Die Empfindlichkeit der Sensoren ist sehr hoch. Die Viren können bereits über ein Tröpfchen von 0,3 Mikrolitern (tausendstel Millilitern) nachgewiesen werden. Beim Niesen wird bis zu 560 Mal mehr Flüssigkeit ausgestoßen. In Gasen erkennen die Sensoren die drei Viren, wenn von diesen 0,1 Femtogramm (Billionstel Milligramm) in einem Milliliter vorhanden sind.
Laut Fang kann die Maske nicht nur dabei helfen, Infektionen zu vermeiden, sondern auch Ärzte bei der Diagnose und Fang unterstützten.
„Mit reichhaltigeren Daten, die von tragbaren Geräten gesammelt werden, können die Diagnose und die Behandlung von Krankheiten präziser werden.“
Aktuell arbeiten die Wissenschaftler daran, die Empfindlichkeit der Sensoren weiter zu erhöhen. Sie sollen dazu die Aptamere und Transistoren weiter optimieren.
Matter, doi: 10.1016/j.matt.2022.08.020
