将合成生物学集成到可穿戴设备中可以扩大对生理状态、疾病状态和接触病原体或毒素的无创监测的机会。然而，合成电路的运行通常需要活的工程细菌的存在，这限制了它们在可穿戴设备上的应用。
来自哈佛大学威斯研究所、麻省理工学院和意大利Samsara S.r.l DREAMLUX的一个国际研究团队开发了一种带有冻干CRISPR传感器的口罩，可在室温下90分钟内无创检测冠状病毒(SARS-CoV-2)。这项技术不需要用户干预，只需按下按钮。
研究人员使用了轻便、灵活的基质和带有冻干、无细胞合成电路功能的纺织品，包括基于crispr的工具，用于检测代谢物、化学物质和病原体核酸特征。可穿戴设备在水溶液暴露事件的复水作用下被激活，并通过比色变化或通过检测荧光和发光输出的光纤网络报告特定分子目标的存在。“核酸的检测限可以与目前的实验室方法(如定量PCR)相匹敌。我们演示了一种带有冻干CRISPR传感器的口罩的开发，可在室温下90分钟内无创地检测冠状病毒，不需要用户干预，只需按下按钮。”研究人员写道．
比色wFDCF可穿戴设备
在他们的第一个可穿戴冻干无细胞(wFDCF)演示中，该团队将比色遗传电路嵌入纤维素基质中，周围是由柔性弹性体制成的流体芯和容器组件。这些样品被一层一层地组装，形成与顶部样品入口流体连接的反应室。该装置灵活、有弹性，可通过毛细作用迅速吸走飞溅液体。
荧光wFDCF平台允许通过光纤网络以用户定义的采样间隔对所有反应室进行连续监测，以自动检测来自目标激活电路的复水事件和荧光输出。
研究人员分别使用Cas13a和Cas12a来检测RNA和DNA。
为了实时监测环境暴露和生物危害检测，该团队设计了一个包含分布式排列wFDCF多传感器阵列的导管套。携带来自不同传感器的输出发射信号的各种光纤可以被路由成单个束，用于集中成像分析，我们使用基于wFDCF crispr - cas12的mrsa传感阵列演示了这一点，该阵列包含spa、ermA和mecA传感器，在可穿戴原型中通过含有100 fM spa DNA触发器的流体飞溅激活。
用于检测呼出气溶胶中的SARS-CoV-2的面罩集成传感器
最后，研究人员探索了他们的wFDCF系统是否可以用于创建能够检测SARS-CoV-2的口罩，作为基于鼻咽采样的诊断的一种补充方法。呼吸道飞沫和气溶胶是呼吸道传染病的传播途径，但在诊断方面历来利用不足。基于呼吸的传感工作侧重于使用电化学传感器或下游质谱分析检测感染患者中的挥发性有机化合物生物标记物，这可能难以大规模实施。美国国立卫生研究院快速加速诊断计划将通过呼吸采样技术检测SARS-CoV-2确定为缓解检测瓶颈的一个积极领域。
由于咳嗽、说话或正常呼吸，病毒会在口罩内部积聚。研究人员设计了一种口罩传感器，其中包含四个模块化组件:水化储层、大表面积收集样品垫、蜡型µpad(基于微流控纸的分析装置)和横向流动分析(LFA)条带。
从激活口罩传感器到最终读出结果只需要大约90分钟。这些传感器观察到的检测极限是SARS-CoV-2体外转录(IVT) RNA 500拷贝(17 aM)，与世界卫生组织认可的标准实验室RT-PCR测定方法相匹配。
研究人员说，他们的wFDCF传感器的潜在应用包括在怀疑存在特定化学或生物威胁的环境中工作的作战人员和急救人员，以及在高风险地区工作的临床医生、卫生工作者和研究人员。例如，在医院中使用世界儿童基金会的外套和长袍可以提供警报，以防止医院感染的传播。另一项有前景的应用是患者佩戴的、带有传感器的个人防护设备，如SARS-CoV-2口罩。
参与这项研究的研究人员包括Peter Q. Nguyen, Luis R. Soenksen, Nina M. Donghia, Nicolaas M. angenente - mari, Helena de Puig, Ally Huang, Rose Lee, Shimyn Slomovic, Tommaso Galbersanini, Geoffrey Lansberry, Hani M. Sallum, Evan M. Zhao, James B. Niemi和James J. Collins
这项研究发表在自然生物技术．
