呼吸道病毒，如2003年的禽流感病毒H5N1、2009年的流感病毒H1N1和2019年的冠状病毒COVID-19，可以通过飞沫或气溶胶在空气中持续传播。一次咳嗽或打喷嚏，甚至几分钟的讲话，都可能产生数千种含有飞沫的传染性病毒，这些飞沫可以作为传播媒介长期悬浮在空气中。因此，直接检测空气中的病毒可能是早期诊断传染病的最有吸引力的方法。然而，对空气传播媒介的直接分析在呼吸道传染病的诊断中没有得到充分利用。

  逆转录定量聚合酶链反应(RT-PCR)、酶联免疫吸附试验(ELISA)和等温核酸扩增技术，主要是集中分析从感染/未感染个体收集的样本。对于上述诊断方法来说，预先诊断周围空气中病毒的存在是一个挑战。因此，实时、快速、便携的气体介质检测技术将有助于减缓呼吸道疾病的传播，缓解检测瓶颈。

  近日，同济大学的一项发明，把口罩升级成了一种“探测仪”。这种口罩可以在10分钟内检测出多种常见的呼吸道病毒，包括流感、冠状病毒等。这项研究成果已发表在Matter杂志。

  这篇研究主要展示了一种用于检测空气传播的呼吸道传染病病毒的可穿戴生物电子口罩，是基于多通道离子门控晶体管和集成物联网技术开发的。它具有快速响应、优异的选择性、实时现场监测和超低检测限等特性。

图1 无线生物电子口罩及构造

  无线生物电子口罩如图1所示。这个口罩包含一个IGT(独立气体传送)装置，材料采用的是聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)。还包括一个呼吸阀和一个印刷电路板。研究人员为了让这个装置能够和柔软弯曲的口罩更加贴合，采用了轻薄的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板。

  图2 结合物联网的无线生物电子口罩

  图2展示了生物电子面实时检测周围气体介质的原理/过程。佩戴时，口罩通过内部微控制器和远程通信微芯片连接无线网络(A)。疫情预警框架示意图(B)。所有物联网单元的大量结果同时运行，并在笔记本电脑上远程收集，实现实时监控栅极电压变化，并通过蓝色条的阴影表示，其中从浅到深的颜色渐变表示0-200 mv范围内的电压偏移(C)。通过比较每个物联网单元的三个通道中的平均电压响应，确认了有效识别目标物联网单元(D)。蓝色、绿色和橙色条阴影分别对应于用COVID-19、H1N1和H5N1适体功能化的通道的栅极电压偏移(E)。不同物联网单元对含有相同目标的雾化气体的平均栅极电压变化(F)。模拟样本的响应电流值远高于健康样本，表明在自然呼出的呼吸中成功识别了病毒目标(G)。

  总体来说，该装置可以检测痕量液体样品和气体介质样品。低检测限(0.1 fg/mL)、快速反应(10分钟)和多通道分析的优点可以使生物电子口罩成为各种呼吸道传染病的通用检测平台。物联网技术的集成促进了对周围空气的实时现场检测。这种可佩戴的生物电子口罩有望成为预防呼吸道传染病暴发的预警系统。

  Wang et al., Wearable bioelectronic masks for wireless detection of respiratory infectious diseases by gaseous media, Matter (2022), https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.08.020