Ett nytt verktyg för att övervaka COVID-19 kan en dag vara precis under näsan. Forskare vid University of California San Diego utvecklar en färgändrande testremsa som kan fastna på en mask och användas för att upptäcka SARS-CoV-2 i användarens andetag eller saliv.

Projektet, som fick 1,3 miljoner dollar från National Institutes of Health, syftar till att tillhandahålla enkla, prisvärd och pålitlig övervakning för COVID-19-infektioner som kan göras dagligen och enkelt implementeras i resursfattiga miljöer. Det är en del av NIH:s program Rapid Acceleration of Diagnostics Radical (RADx-rad) för COVID-19.

"På många sätt, masker är den perfekta "bärbara" sensorn för vår nuvarande värld, "sa Jesse Jokerst, professor i nanoengineering vid UC San Diego Jacobs School of Engineering och ledande huvudutredare av projektet. "Vi tar vad många människor redan bär och använder dem på nytt, så att vi snabbt och enkelt kan identifiera nya infektioner och skydda utsatta samhällen. "

Teamet kommer att skapa testremsor, eller klistermärken, som kan sättas på vilken mask som helst (N95, kirurgiskt eller tyg). De kommer att utformas för att detektera närvaron av proteinklyvande molekyler, kallas proteaser, som produceras från infektion med SARS-CoV-2-viruset.

Tanken är att när användaren andas genom masken, partiklar-inklusive SARS-CoV-2-proteaser om användaren är infekterad-kommer att ackumuleras i testremsan. I slutet av dagen eller under en maskbyte, användaren kommer att genomföra testet. Testremsan är utrustad med en blisterförpackning som användaren kommer att klämma, släppa nanopartiklar som ändrar färg i närvaro av SARS-CoV-2-proteaserna. En kontrollinje på testremsan visar hur ett positivt resultat ska se ut. Det skulle likna att kontrollera resultaten av ett hem graviditetstest.

Jokerst noterar att remsorna inte är avsedda att ersätta nuvarande testprotokoll för COVID-19.

"Se det här som ett övervakningssätt, liknande att ha en rökdetektor i ditt hus, "sa han." Detta skulle bara sitta i bakgrunden varje dag och om det blir utlöst, då vet du att det finns ett problem och det är då du skulle undersöka det med mer sofistikerade tester, "

Testremsorna kan enkelt massproduceras via roll-to-roll-bearbetning. Detta skulle hålla kostnaderna nere till några cent per remsa. "Vi vill att det här ska vara tillräckligt överkomligt för dagliga tester, "Sa Jokerst. Detta skulle möjliggöra anläggningar med hög risk, till exempel grupphem, fängelser, dialyskliniker och hemlösa skyddsrum för att övervaka nya infektioner tidigare och oftare för att minska spridningen, han sa.

Jokerst samarbetar med forskare vid UC San Diego School of Medicine för att testa remsorna först på COVID-19-positiva salivprover, sedan på patienter och vårdpersonal vid Veterans Affairs San Diego Healthcare System.

Medforskare i teamet är William Penny, professor i klinisk medicin, och kardiolog på VA San Diego Healthcare System, Louise Laurent, professor i obstetrik, gynekologi och reproduktionsvetenskap, och Rob Knight, professor i barnläkare, bioingenjör och datavetenskap och teknik, och chef för Center for Microbiome Innovation vid UC San Diego.

Potentiellt verktyg mot framtida utbrott

Denna teknik kan översätta till framtida coronavirusutbrott, Sa Jokerst. "De proteaser vi upptäcker här är samma som förekommer i infektioner med det ursprungliga SARS -viruset från 2003 såväl som MERS -viruset, så det skulle inte vara för långt att tänka sig att vi fortfarande kan dra nytta av detta arbete senare om framtida pandemier skulle dyka upp. "

Och även med vaccinationsinsatser på gång, denna övervakningsmetod kan användas i delar av världen där vacciner ännu inte är tillgängliga eller fortfarande är begränsade i distributionen.

Materialvetenskapligt tillvägagångssätt för masksäkerhet

Förutom detta arbete, Jokerst och hans team, i samarbete med UC San Diego professor i nanoteknik Ying Shirley Meng, har utfört fördjupad forskning om masker för att svara på en brännande fråga som dök upp tidigt i pandemin:Kan N95-andningsskydd säkert återanvändas efter desinfektion?

Svaret, de hittade, är ja.

Sedan starten av COVID-19-pandemin har vårdpersonal har haft brist på personlig skyddsutrustning. Forskare och vårdcentraler i hela USA har hittat sätt att sanera och återanvända N95 -andningsskydd för att hålla hälso- och sjukvårdspersonal säkra när de tjänstgör på frontlinjen. Jokerst, Meng och kollegor ville utforska exakt hur säkra och effektiva andningsskydden är för återanvändning.

Ett papper som beskriver detta arbete publicerades i ACS -tillämpade material och gränssnitt . UC San Diego materialvetenskap Ph.D. student Wonjun Yim är den första författaren till studien.

UC San Diego -forskarna studerade materialvetenskapliga egenskaperna hos N95- och KN95 -andningsskydd före och efter sanering - processen involverade uppvärmning av andningsskydd i en ugn vid 70 C (158 F) i 30 minuter i taget, tre gånger totalt. De använde en filtreringsapparat för att räkna hur många partiklar i luften som fångas upp av respiratorerna. De undersökte också fibrerna i respiratorerna under ett elektronmikroskop.

Teamet upptäckte att efter värmebehandlingen andningsskydden kunde filtrera bort 90 procent av luftburna partiklar - en liten minskning från deras ursprungliga 95 -klassning. De såg inte heller några förändringar i strukturen, fibrernas densitet eller bredd.

"Dessa masker är mer återanvändbara än folk tror. Det här är god kunskap att ha, att veta att dessa fortfarande erbjuder betydande skydd efter uppvärmning flera gånger, "Sa Jokerst.

"Folk förstår inte vad som händer när du andas på ett tyg hela dagen, " he said. "These studies will lay the foundation to get us thinking about how we can use our masks in safer and smarter ways."