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口罩佩戴与核酸检测一直是应对新冠肺炎疫情的关键。目前，将二者合二为一的全新装备有望问世。最近，美国哈佛大学和麻省理工学院（MIT）的研究人员利用合成生物学技术，发明出能准确检测新冠病毒的口罩。
合成生物学家会利用生物元器件设计内置了各种基因序列检测传感器的设备。此前，研究人员曾在这些传感器中使用基因工程菌，但使用活细胞会带来一系列挑战，比如如何维持细胞的营养环境，以及活细胞潜在的生物危害等。新的研究则利用冻干的基因、酶等细胞组成成分，构建出了不含活细胞的检测方案。这种方案可以嵌入到多孔柔性材料中，并且易于储存。2014年，研究人员就表示可以把这种方案嵌入纸中。MIT的生物工程研究人员刘心悦（Xinyue Liu，并未参与这项研究）一直在从事活体传感器开发工作，她表示：“这项工作的重要进展在于将以往在实验室使用的技术转化到了可穿戴设备中。”这种工具可以简化现场进行检测的流程。
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这项研究发表在《自然·生物技术》上。论文阐述了如何将无细胞传感器嵌入弹力纤维、纺线和纸中，用于新冠病毒、埃博拉病毒、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、化学神经毒剂等材料的检测。其中一些传感器依赖于CRISPR技术，包括用于检测新冠病毒的新型口罩中所使用的传感器。在这项技术中，当指导RNA与目标DNA匹配时，前者就会激活一种酶来切割DNA。这种特殊的酶也会切割附近的其他序列，释放出一种会发光的荧光蛋白。这项技术帮助研究人员制造出了通用的“可编程”传感器，这些传感器可以迅速改装，从而适应病毒的变异株。
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目前制造出的原型口罩还需要一个按钮来激活，让传感器重新水化、开始反应，将病毒分解并扩增其DNA，从而实现检测。整个过程在激活后的90分钟内就可表现出颜色变化。例如，医院中的患者就可以佩戴这种口罩进行检测。德国弗赖堡大学的传感器专家詹·丁杰尔（Can Dincer，并未参与这项研究）说：“人们呼出的气体是很好的无创采样源，其中的目标物浓度适宜。这项应用确实符合我们当前的需求。”
这项新技术的检测灵敏度与大多数实验室检测相当。生物工程师詹姆斯·科林斯（James Collins，这项研究的通讯作者）说：“检测的‘金标准’依然是实验室的PCR测试，但我们的技术可以得出大致相当的结果。”这种一次性口罩无需电源，也无需操作人员具备专业知识，还可以在标准的室温和湿度下工作。
撰文：西蒙·梅金（Simon Makin）
翻译：巢栩嘉
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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