«Мини-циклон» помогает обнаружить коронавирус в воздухе

Ученые создали машину для отбора проб воздуха, которой требуется всего несколько минут, чтобы обнаружить вирус, вызывающий COVID-19. На этой трехмерной иллюстрации показан предлагаемый окончательный дизайн этого устройства.

Джозеф Путассери / Вашингтонский университет. в Сент-Луисе

Тина Хесман Сэй

9 августа 2023 г., 6:30

Если вы когда-нибудь зайдете в комнату и задаетесь вопросом, живет ли там вирус, вызывающий COVID-19, вы не одиноки. Теперь есть устройство, которое может ответить на этот вопрос. Исследователи создали воздухососущую машину, способную быстро обнаружить коронавирус.

Машина немного больше тостера. Всего за пять минут он может обнаружить от семи до 35 частиц вируса SARS-CoV-2 на кубический метр (35 кубических футов) воздуха. «Это примерно такая же чувствительность, как и у тестов из носа, основанных на ПЦР», — говорит Раджан Чакрабарти. Он занимается аэрозолями в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, штат Миссури.

Его команда описала свое нововведение 10 июля в журнале Nature Communications.

Одной из проблем, с которой столкнулась команда, был сбор достаточного количества воздуха для концентрации частиц коронавируса. Более ранние системы, разработанные другими компаниями, всасывали от двух до восьми литров (кварт) воздуха в минуту. Этот пробоотборник всасывает 1000 литров каждую минуту.

Чтобы поймать вирус, говорит Чакрабарти, его команда создала «искусственный циклон внутри пробоотборника». Оказавшись внутри, воздух смешивается с жидкостью в быстром водовороте. В результате циклонического действия суспензия прижимается к стенке детектора. Любые вирусы теперь будут концентрироваться там.

Еженедельные обновления, которые помогут вам использовать Science News Explores в учебной среде.

Спасибо за регистрацию!

Возникла проблема с вашей регистрацией.

HEPA-фильтр, прикрепленный к устройству, удаляет любые переносимые по воздуху вирусы, не попавшие в жидкость. После пяти минут сбора система перекачивает богатую вирусами жидкость в биосенсор.

Этот датчик имеет электрод, прикрепленный к специализированному белку иммунной системы, вырабатываемому ламами и их родственниками. Известное как нанотело, оно борется с инфекциями, как это делают человеческие антитела. Но этот белок меньше и несколько жестче.

Нанотело захватывает шиповый белок любого проходящего мимо коронавируса. Электричество течет от электрода через нанотело и шиповый белок. Это приводит к тому, что определенная аминокислота — строительный блок белка-шипа — теряет электроны. Их потеря вызывает изменение напряжения. И это сигнализирует о присутствии SARS-CoV-2.

Команда Вашингтонского университета разместила свое устройство в квартирах двух волонтеров. У каждого из них была подтвержденная инфекция COVID-19. Это позволит команде проверить, насколько хорошо инструмент может обнаружить вирус в реальных условиях.

И он обнаружил «даже следовые количества вируса, выделяемого пациентами», — говорит Чакрабарти. Когда устройство было помещено в пустой, хорошо проветриваемый конференц-зал, вирус не обнаружился.

«Они продемонстрировали, что это работает», — говорит Линси Марр. Она занимается аэрозолями в Технологическом институте Вирджинии в Блэксбурге. Эта новая система может «обнаружить [] вирус в воздухе на низких уровнях, о которых мы могли бы беспокоиться», — говорит она. В рамках изучения того, как распространяются микробы, команда Марра также разрабатывает детектор вирусов.

Некоторые проблемы остаются. Во-первых, новое устройство шумное — примерно такое же громкое, как пылесос или звонящий телефон. Люди могут найти это терпимым в краткосрочной перспективе. Но, по словам Марра, это слишком громко, чтобы непрерывно работать в классе или офисе.

Система также является дорогостоящей. Чакрабарти говорит, что стоимость создания такого устройства в исследовательской лаборатории составляет от 1400 до 1900 долларов.

Коммерческие версии могут оказаться слишком дорогими для домашнего использования, говорит Марр. Но она считает, что больницы, аэропорты и другие общественные места могут получить от них пользу. Возможно, удастся подключить устройства к системам подачи воздуха для систем отопления, охлаждения и вентиляции зданий. Эти системы смогут затем увеличить поток воздуха и фильтрацию при обнаружении вируса.

Тем временем Чакрабарти уже обдумывает следующие шаги по созданию устройства своей команды. Он надеется добавить нанотела ламы для обнаружения других вирусов, передающихся по воздуху, например, вызывающего грипп.