塔夫茨大学工程学院的研究人员开发了一种使用生物聚合物传感器检测我们环境中的细菌、毒素和危险化学品的方法，这种传感器可以像墨水一样打印在各种材料上，包括手套、口罩或日常服装。

可穿戴 可打印 可塑形传感器检测环境中的病原体和毒素

使用类似于萤火虫中发现的酶，传感器在检测到这些原本看不见的威胁时会发光。这项新技术在AdvancedMaterials杂志上有所描述。

这种生物聚合物传感器基于计算设计的蛋白质和从蚕茧中提取的丝素蛋白，可以嵌入薄膜、海绵、过滤器或像塑料一样模制，以采样和检测空气传播和水传播的危险，或发出信号我们体内的感染甚至癌症。

研究人员展示了传感器在检测到导致COVID的SARS-CoV-2病毒、抗乙型肝炎病毒抗体、食源性毒素肉毒杆菌神经毒素B或人类表皮生长因子受体2(HER2)时如何在几分钟内发光，乳腺癌存在的指标。

目前，一旦传感器暴露在外，就需要用无毒化学物质快速喷洒。如果目标存在，则传感器会产生光。发射光的强度提供了目标浓度的定量测量。

“实验室设计的蛋白质和丝的结合是一个传感器平台，可以适应检测范围广泛的化学和生物制剂，具有高度的特异性和灵敏度，”FrankC.Doble工程学教授FiorenzoOmenetto说。塔夫茨大学工程学院，以及开发生物响应材料的塔夫茨丝绸实验室主任。“例如，可以在接近临床检测的水平上测量SARS-CoV-2和抗乙型肝炎抗体。”

传感元件是模块化的，因此开发人员可以换入新设计的蛋白质来捕获特定的病原体或分子进行测量，而发光机制保持不变。“使用传感器，我们可以检测到空气中SARS-CoV-2的痕量水平，或者我们可以想象对其进行修改以适应下一个可能的公共卫生威胁，”Omenetto说。

他指出，虽然它处于概念阶段，但用于检测乳腺癌的应用特别有趣。他的团队创造了一种概念验证硅胶胸垫，佩戴时可以吸收分泌的液体，报告HER2激素水平，并指示是否可能存在乳腺癌。Omenetto说：“虽然需要进一步开发来改进和临床验证该检测方法，但在日常服装中进行此类诊断的机会无疑是引人注目的。”

无人机机身嵌入了能够检测空气传播的SARS-CoV-2的生物聚合物传感器。在飞行过程中，螺旋桨引导气流通过无人机的多孔体，如果存在病毒，无人机就会发光。无人机可以从远程安全距离监控环境。图片来源：FioOmenetto，塔夫茨大学SilkLab

传感器可以采用看似无穷无尽的各种形式。为了证明这一点，研究团队创造了病毒感应无人机，其机身嵌入了传感器材料。在飞行过程中，螺旋桨引导气流通过无人机的多孔体，降落后可以对其进行检查。在示例中，无人机对空气传播的病原体(SARS-CoV-2)做出反应，可以从远程安全距离监控环境。

锁和钥匙机制

由华盛顿大学蛋白质设计研究所的DavidBaker教授开发的生物聚合物传感器的活性成分(sites.uw.edu/biochemistry/faculty/david-baker/)是由蛋白质制成的分子开关就像锁和钥匙一样，但有盖子。当病毒、毒素或其他目标分子靠近时，它会与开关结合并打开盖子。开关的另一部分——一把分子钥匙——然后可以装入锁中，这种组合形成了一种完整的荧光素酶，类似于点亮萤火虫和萤火虫的酶。与传感器结合的病毒、毒素或其他化学物质越多，发光就越亮。

分子发光开关嵌在一种来自蚕茧的蛋白质混合物中，这种蛋白质被称为丝素蛋白。丝素蛋白是生物聚合物传感器的非活性成分，但具有独特的特性，包括使用安全的水基方法进行加工和制造的能力，以及可制成不同材料(如薄膜、海绵、纺织品，或通过喷墨打印机分散到表面上。此外，丝素蛋白可稳定分子发光开关并大大延长其保质期。

这些生物聚合物传感器是其他测量环境中病原体或化学物质的方法的一大飞跃，这些方法通常依赖于随时间迅速降解并需要小心储存的生物成分。这些传感器也不依赖于难以集成到柔性可穿戴材料中的电子元件。

延长保质期

塔夫茨大学的研究人员测试了嵌入SARS-CoV-2传感器的材料在60摄氏度下储存四个月后的保质期，发现性能变化很小。做成海绵状的乳腺癌传感器在室温下在架子上保存了一年，其性能仍接近其原始灵敏度。

Luciana说：“这意味着我们可以长时间制造、分销和存储这些传感接口，而不会失去它们的灵敏度或准确性，也不需要冷藏，这是非常了不起的，因为它们是由蛋白质制成的。”d'Amone是Omenetto实验室的研究生，他与塔夫茨大学Silklab的研究教授GiusyMatzeu共同领导了该项目。

这种方法可以使传感器以不同的格式广泛使用。“例如，你可以制造能够检测病原体的外科口罩，将它们包装在盒子里，并像传统口罩一样随着时间的推移使用它们，”d'Amone说。“我们还展示了你可以在食品包装内部打印传感器来追踪腐败和毒素。你可以修改我们每天使用的许多产品以包括传感，并像往常一样储存和使用它们。”

塔夫茨大学的研究团队设想了生物聚合物传感器的应用范围，从医疗环境中的个人和患者监测和感染控制，到家庭、工作场所、军事和灾难环境中的环境传感。