Forscher der US-Eliteuniversitäten MIT und Harvard haben Biosensoren entwickelt, mit denen man Viren wie Sars-CoV-2 zuverlässig erkennen können soll und die sich in Kleidung wie Masken oder Laborkittel integrieren lassen sollen. Damit wären zunächst spezielle Testmasken möglich, mit denen sich die Träger selbst auf eine Infektion testen könnten. Perspektivisch könnte auch Kleidung entworfen werden, die ihren Träger auf Viruspartikel in der Raumluft hinweist. Das schreiben die Wissenschaftler um Peter Nguyen und Luis Ssoenksen im Fachblatt Nature Biotechnology.

Die Forscher verwenden ähnliche Sensoren, wie sie jetzt bereits in den Antigenschnelltests auf das Virus verwendet werden. Diese Bio-Schaltkreise werden gefriergetrocknet und können bei Berührung mit Wasser wieder aktiviert werden. Dann können sie in Stoffe und so auch in Bekleidung integriert werden. Die Sensoren seien auch relativ einfach auf andere Viren wie Zika oder Ebola anpassbar. Krankenpfleger mit solcher Spezialkleidung könnten dann früh erkennen, ob Raumluft mit Krankheitserregern belastet sei oder nicht.

"Wir haben mit unser Arbeit demonstriert, dass wir eine große Bandbreite von Biosensoren gefriertrocknen können, also Sensoren, mit denen man virale oder bakterielle Erbinformation aufspüren kann, aber auch giftige Chemikalien wie Nervengifte", sagt James Collins, der Leiter der Forschungsgruppe am MIT. "Wir glauben, dass diese Plattform geeignet ist, um eine neue Generation von tragbaren Biosensoren herzustellen für Notfallmediziner, Krankenpfleger oder Militärangehörige."

Die jetzt entwickelten Biosensoren enthalten keine lebenden Zellen und sind nach der Gefriertrocknung mehrere Monate haltbar, bevor sie durch erneute Befeuchtung scharf geschaltet werden. Wenn sie dann ein Zielmolekül binden – beispielsweise Abschnitte der viralen RNA-Erbinformation – reagieren sie zum Beispiel mit einer Farbänderung. Die Forscher testeten, in welche Stoffe sich diese Sensoren am besten integrieren lassen und kamen so darauf, dass eine Kombination verschiedener Kunstfasern, darunter Polyester, die beste Umgebung bietet.

Zur Demonstration der Technologie stellten sie eine Jacke mit etwa 30 dieser Bioschaltkreise her. Schon kleinste Tröpfchen mit Flüssigkeit können die Sensoren aktivieren, etwa, wenn die Trägerin der Jacke einem infizierten Patienten begegnet, der Viruspartikel über Husten oder Niesen an die Luft abgibt.

Bei dem jetzigen Entwurf einer Maske, die das Coronavirus erkennen kann, geht es zunächst nur um ein Verfahren, bei dem der Maskenträger sich selbst testen kann. Die Biosensoren wurden in das Innere einer Papiermaske integriert und sind von einem Silikonteil umgeben. Auf Knopfdruck kann der Sensor befeuchtet werden, wenn der Träger den Test starten möchte. Dann sammelt der Sensor gegebenenfalls Viruspartikel im Atem des Trägers. Nach 90 Minuten soll ein Testergebnis vorliegen, dass so zuverlässig sei, wie das eines PCR-Tests. "Unser Test ist so sensitiv wie der Goldstandard-PCR-Test, aber wesentlich schneller", sagt Erstautor Peter Nguyen.

Bei ihrer Arbeit haben die Forscher es eigenen Angaben zufolge geschafft, die aktuellsten Testverfahren auf organische Moleküle auf eine Größe zu reduzieren, die den tragbaren Einsatz erlaube. Jetzt wollen sie ihre Entwicklung in einer selbst gegründeten Firma zur Marktreife weiterentwickeln.

(ens)

Zur Studie

• Nguyen, Soenksen et.al.: Wearable materials with embedded synthetic biology sensors for biomolecule detection, nature biotechnology