Schanghai. Eine spezielle Mund-Nasen-Schutzmaske kann mithilfe von Sensoren Viren in der Luft registrieren. Der von chinesischen Forschenden entwickelte Prototyp zeigt das Coronavirus Sars-CoV-2 sowie die Grippeviren H1N1 und H5N1 an, kann aber leicht für andere Erreger angepasst werden. Der Nachweis erfolgt nach etwa zehn Minuten und kann auf mobilen Geräten abgerufen werden, berichtet das Team um Yin Fang von der Tongji University in Shanghai (China) in der Fachzeitschrift „Matter“.

„Unsere Maske würde in schlecht belüfteten Räumen, wie Aufzügen oder geschlossenen Räumen, in denen das Infektionsrisiko hoch ist, sehr gut funktionieren“, wird Fang in einer Mitteilung der Fachzeitschrift zitiert. Erreger von Atemwegserkrankungen verbreiten sich durch kleine Tröpfchen und Aerosole, die von infizierten Personen freigesetzt werden, wenn sie sprechen, husten oder niesen. Die Maske kann den Forschenden zufolge ihre Träger und Trägerinnen warnen, wenn sie sich in einer Umgebung mit einer Virenlast befinden.

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Kurven zeigen Viruslast an

Für den Nachweis der Viren verwenden die Forschenden Aptamere, kurze DNA‑Stücke, die ein bestimmtes Virusprotein binden können. Sobald ein solches Eiweiß an ein Aptamer andockt, wird das Signal durch einen ionengesteuerten Transistor verstärkt und damit detektierbar gemacht. Dabei bewegen sich die Ionen (elektrisch geladene Teilchen) in einem Gel, also einem Feststoff, im Gegensatz zu den meist flüssigen Elektro­lyten. Der sehr elastische Feststoff erleichtert die Einbindung in einen flexiblen, gedruckten elektronischen Schaltkreislauf. In diesem Fall erfolgt eine Schaltung, wenn die Aptamere durch Virenproteine besetzt werden.

Der Prototyp der neuartigen Maske besitzt drei Sensoren, die auf das Coronavirus und die beiden Grippe­virus­varianten angepasst sind. Wenn alle drei Virustypen gleichzeitig in der Luft auftreten, können alle auch unabhängig voneinander registriert werden. Über eine drahtlose Anbindung erscheinen dann auf einem Smartphone oder einem Tabletcomputer drei Kurven, die die Virenlast anzeigen. „Benutzer können die Ergebnisse über die Cloud-Datenbank mit Gesundheitseinrichtungen teilen, um sofortige Hilfe zu erhalten, und wichtige Informationen für eine frühzeitige Epidemiebekämpfung bereitstellen“, schreiben die Studien­autoren.

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Präzisere Behandlung und Diagnose

Die Sensoren haben eine sehr hohe Empfindlichkeit: Für den Nachweis genügt ein winziges Tröpfchen von 0,3 Mikrolitern (tausendstel Millilitern). Das ist bis zu 560-mal weniger Flüssigkeit, als bei einem einzigen Niesen ausgestoßen wird. In Gasen können Viren erfasst werden, wenn sie nur 0,1 Femtogramm (billionstel Milligramm) in einem Milliliter ausmachen. Die Forschenden testeten auch andere, ähnliche Proteine und konnten zeigen, dass die Vireneiweiße trennscharf erkannt wurden.

Ärzte verließen sich derzeit stark auf ihre Erfahrung bei der Diagnose und Therapie von Krankheiten, sagt Fang. „Aber mit reichhaltigeren Daten, die von tragbaren Geräten gesammelt werden, können die Diagnose und die Behandlung von Krankheiten präziser werden.“ Das Forscherteam will die Empfindlichkeit der Sensoren durch eine Optimierung der Aptamere und der Transistoren weiter erhöhen.