Framtiden kan ha bärbara och bärbara sensorer för att upptäcka virus och bakterier i den omgivande miljön. Men vi är inte där än. Forskare vid Tohoku University har studerat material som kan förändras mekaniskt till elektrisk eller magnetisk energi, och vice versa, i årtionden. Tillsammans med kollegor, de publicerade en recension i tidskriften Avancerade material om de senaste försöken att använda dessa material för att tillverka funktionella biosensorer.

"Forskning om att förbättra prestandan hos virussensorer har inte utvecklats mycket de senaste åren, " säger Tohoku Universitys materialingenjör Fumio Narita. "Vår granskning syftar till att hjälpa unga forskare och doktorander att förstå de senaste framstegen för att vägleda deras framtida arbete för att förbättra virussensorkänsligheten."

Piezoelektriska material omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi. Antikroppar som interagerar med ett specifikt virus kan placeras på en elektrod som är inkorporerad på ett piezoelektriskt material. När målviruset interagerar med antikropparna, det orsakar en massaökning som minskar frekvensen av den elektriska ström som rör sig genom materialet, signalerar dess närvaro. Denna typ av sensor undersöks för att upptäcka flera virus, inklusive det humana papillomviruset som orsakar livmoderhalscancer, HIV, influensa A, Ebola och hepatit B.

Magnetostriktiva material omvandlar mekanisk energi till magnetisk energi och vice versa. Dessa har undersökts för att känna av bakterieinfektioner, som tyfoid och svinpest, och för att detektera mjältbrandsporer. Proberande antikroppar fixeras på ett biosensorchip placerat på det magnetostriktiva materialet och sedan appliceras ett magnetfält. Om det riktade antigenet interagerar med antikropparna, det tillför massa till materialet, vilket leder till en magnetisk flödesförändring som kan detekteras med hjälp av en avkänningsupptagningsspole.

Narita säger att utvecklingen inom artificiell intelligens och simuleringsstudier kan hjälpa till att hitta ännu känsligare piezoelektriska och magnetostriktiva material för att upptäcka virus och andra patogener. Framtida material kan vara spolfria, trådlös, och mjuk, gör det möjligt att integrera dem i tyger och byggnader.

Forskare undersöker till och med hur man använder dessa och liknande material för att upptäcka SARS-CoV-2, viruset som orsakar covid-19, i luften. Den här typen av sensorer skulle kunna integreras i ventilationssystem för underjordiska transporter, till exempel, för att övervaka virusspridning i realtid. Bärbara sensorer kan också leda bort människor från en miljö som innehåller virus.

"Forskare behöver fortfarande utveckla mer effektiva och pålitliga sensorer för virusdetektion, med högre känslighet och noggrannhet, mindre storlek och vikt, och bättre överkomliga priser, innan de kan användas i hemapplikationer eller smarta kläder, " säger Narita. "Denna sorts virussensor kommer att bli verklighet med ytterligare utvecklingar inom materialvetenskap och tekniska framsteg inom artificiell intelligens, maskininlärning, och dataanalys."