Wearables mit Viren-Warnung 01.07.2021, 07:00 Uhr

Corona: Schutzmasken und Kittel erkennen Covid-19

Innovative Sensoren könnten aus Corona-Masken Medizinprodukte der besonderen Art machen. Die Werables erkennen eine Vielzahl an Erregern, auch Covid-19.

Mund-Nasen-Schutz mit Sensoren

Innovative Masken mit Sensoren erkenne Covid-19.

Foto: MIT

Ingenieurinnen und Ingenieure des MIT und der Harvard University haben eine neuartige Gesichtsmaske entwickelt, die beim Träger innerhalb von etwa 90 Minuten Covid-19 diagnostizieren kann. In die Masken sind winzige Einwegsensoren eingebettet, die sich so modifizieren lassen, dass sie auch andere Viren erkennen. Das Verfahren ersetzt zwar keine PCR-Diagnostik, ermöglicht es aber, viele Menschen niedrigschwellig in kurzer Zeit zu testen.

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Die Sensoren der Gesichtsmaske sind so konzipiert, dass sie vom Träger aktiviert werden können, wenn er bereit ist, den Test durchzuführen, und die Ergebnisse werden nur auf der Innenseite der Maske angezeigt, um die Privatsphäre des Benutzers zu wahren.

Sensoren lassen sich nicht nur in Gesichtsmasken, sondern auch in Kleidungsstücke wie Laborkittel integrieren, was eine neue Möglichkeit zur Überwachung der Exposition von Mitarbeitern im Gesundheitswesen gegenüber einer Vielzahl von Krankheitserregern oder anderen Bedrohungen bieten könnte.

Von der Ebola- in die Covid-19-Forschung

Zum Hintergrund: Die neuen tragbaren Sensoren und die innovative Gesichtsmaske basieren auf einer Technologie, die Forschende am MIT bereits vor einiger Zeit entwickelt haben. Im Jahr 2014 zeigten sie, wie sich Ebola- oder Zika-Viren auf Papierstreifen nachweisen lassen. Sie stellten verschiedene Proteine und Nukleinsäuren her, die sich als Sonden eignen, um Erreger nachzuweisen. Dabei gelang es, Reagenzien an spezielle Filterpapiere zu binden, was die Anwendung vor Ort erleichtert.

Diese zellfreien Komponenten sind gefriergetrocknet und bleiben viele Monate lang stabil. Wenn sie durch Wasser reaktiviert werden, können sie mit ihrem Zielmolekül, das eine beliebige RNA- oder DNA-Sequenz, aber auch andere Arten von Molekül sein kann, wechselwirken. Dabei kommt es zu einer Farbänderung.

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Intelligente Laborkittel erkennen Erreger 

Seit kurzem arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun daran, ihre Sensoren in Textilien einzubauen. Ihr Ziel ist, einen Laborkittel für medizinisches Personal oder andere Personen, die potenziell mit Krankheitserregern in Kontakt kommen, zu entwickeln. Zunächst untersuchte die Arbeitsgruppe hunderte verschiedener Stoffarten, von Baumwolle und Polyester bis hin zu Wolle und Seide, um herauszufinden, welche mit dieser Art von Sensoren kompatibel sein könnten. „Am Ende haben wir ein paar identifiziert, die in der Modeindustrie für die Herstellung von Kleidungsstücken sehr verbreitet sind“, so Luis Soenksen vom MIT. „Ideal war eine Kombination aus Polyester und anderen synthetischen Fasern.“

Um tragbare Sensoren herzustellen, betteten die Forschenden ihre gefriergetrockneten Komponenten in einen kleinen Abschnitt dieses synthetischen Gewebes ein, wo sie von einem Ring aus Silikon-Elastomer umgeben sind. Diese Kompartimentierung verhindert, dass die Flüssigkeit bei der Messung verdampft oder vom Sensor wegdiffundiert. Um die Technologie zu demonstrieren, erstellten sie eine Jacke, in die etwa 30 dieser Sensoren eingebettet waren.

Danach imitierte das MIT-Team den Kontakt mit infizierten Patientinnen oder Patienten, indem ein paar Spritzer Virus-haltiger Flüssigkeiten auf Textilien gebracht wurden – vergleichbar mit Tröpfchen, die beim Husten oder beim Niesen entstehen. Die Flüssigkeit hydratisierte gefriergetrockneten Komponenten und aktivierte den Sensor. Weisen Chemikalien einen Erreger nach, geschieht dies durch leicht sichtbare Signale, meist durch Färbungen. Änderungen der Fluoreszenz sind mit einem Handspektrometer erkennbar. Die Forschenden entwarfen auch ein tragbares Spektrometer, das in den Stoff integriert werden kann, wo es die Ergebnisse ablesen und drahtlos an ein mobiles Gerät übertragen kann.

Covid-19: Auf dem Weg zur diagnostischen Gesichtsmaske

Als die Forschenden Anfang 2020 ihre Arbeit an den tragbaren Sensoren beendeten, begann sich Covid-19 rund um den Globus auszubreiten, sodass sie sich schnell entschlossen, ihre Technologie zu nutzen, um eine Diagnose für das SARS-CoV-2-Virus bereitzustellen.

Für ihre diagnostische Gesichtsmaske betteten sie gefriergetrocknete Sensoren in handelsübliche Papiermaske ein. In diesem Fall befinden sich die Sensoren auf der Innenseite der Maske, sodass sie Viruspartikel in der Atemluft des Maskenträgers erkennen können. Die Maske enthält außerdem ein kleines Wasserreservoir, das auf Knopfdruck freigegeben wird, wenn der Träger bereit ist, den Test durchzuführen. Es hydratisiert gefriergetrocknete Komponenten des SARS-CoV-2-Sensors, der die angesammelten Atemtröpfchen auf der Innenseite der Maske analysiert und innerhalb von 90 Minuten ein Ergebnis liefert.

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Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

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