Wearable materials with embedded synthetic biology sensors for biomolecule detection

可穿戴计算机 清脆的 核酸 合成生物学 纳米技术 生物分子 核酸检测 可穿戴技术 计算机科学 材料科学 生物 计算生物学 嵌入式系统 生物化学 基因
作者
Peter Q. Nguyen,Luis R. Soenksen,Nina M. Donghia,Nicolaas M. Angenent-Mari,Helena de Puig,Ally Huang,Rose Lee,Shimyn Slomovic,Tommaso Galbersanini,Geoffrey Lansberry,Hani Sallum,Evan M. Zhao,James B. Niemi,James J. Collins
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:39 (11): 1366-1374 被引量:521
标识
DOI:10.1038/s41587-021-00950-3
摘要

Integrating synthetic biology into wearables could expand opportunities for noninvasive monitoring of physiological status, disease states and exposure to pathogens or toxins. However, the operation of synthetic circuits generally requires the presence of living, engineered bacteria, which has limited their application in wearables. Here we report lightweight, flexible substrates and textiles functionalized with freeze-dried, cell-free synthetic circuits, including CRISPR-based tools, that detect metabolites, chemicals and pathogen nucleic acid signatures. The wearable devices are activated upon rehydration from aqueous exposure events and report the presence of specific molecular targets by colorimetric changes or via an optical fiber network that detects fluorescent and luminescent outputs. The detection limits for nucleic acids rival current laboratory methods such as quantitative PCR. We demonstrate the development of a face mask with a lyophilized CRISPR sensor for wearable, noninvasive detection of SARS-CoV-2 at room temperature within 90 min, requiring no user intervention other than the press of a button.
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