Im Kampf gegen das Coronavirus reiht sich eine neue Erfindung an die andere. So arbeiten Forscher etwa an Masken, die erkennen, wenn das Virus in der Luft liegt. Andere sollen den Erreger nicht nur abwehren – sondern sogar unschädlich machen.
Sie gilt in allen Supermärkten, öffentlichen Verkehrsmitteln und den meisten Geschäften: die Maskenpflicht. Um vor allem andere und etwas uns selbst zu schützen, müssen wir unseren Mund und unsere Nase bedecken. Damit verringern wir das Risiko, dass der Erreger Sars-CoV-2 in unsere Schleimhäute oder beim Niesen, Husten und Sprechen in die Luft gelangt.
Das Virus kann sich jedoch an der Außenseite der Maske sammeln, sodass es gefährlich ist, die Maske daraufhin mit den Händen zu berühren. Denn wer sich danach ins Gesicht fasst, macht den Effekt der Maske zunichte. Selbst FFP-2 und FFP-3-Masken schaffen es nur für einen begrenzten Zeitraum, den Erreger aus der Luft zu filtern.
Viel besser wäre stattdessen eine Maske, die das Virus abweist. Die dafür sorgt, dass es gar nicht mehr infektiös ist. Das dachten sich Wissenschaftler der Indiana University – und arbeiten nun an einem Gewebe, das es dem Erreger verweigern soll, in die menschlichen Zellen einzudringen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt auf dem prePrint-Server „chemrXiv“.
Elektrisches Feld verhindert Eindringen in Zellen
Den Wissenschaftlern war bereits bekannt, dass viele Viren elektrische Felder benutzen, um in Zellen einzudringen. Das Gilt auch für Sars-CoV-2. Um das Virus sozusagen „mit seiner eigenen Waffe“ zu schlagen, entschlossen sie sich, ein externes elektrisches Feld zu schaffen. Dieses sollte die Ladungen der Viruspartikel neu verteilen und dem Erreger die Fähigkeit nehmen, in Zellen einzudringen.
Um sich diesen Effekt zunutze zu machen, wollen die Forscher nun Masken entwickeln, deren Material ein solches, externes elektrisches Feld erzeugt.
Chandan Sen/ University of Indiana Forscher der University of Indiana wollen Masken entwickeln, deren Material ein externes elektrisches Feld erzeugt.
Bei dem Material handelt es sich um Polyestergewebe, auf welches abwechselnd kleine Punkte aus Zink und Silber angebracht werden. Das geometrische, abwechselnde Muster von Zink und Silber erzeugt Mikrozellenbatterien, die bei Einwirkung von Feuchtigkeit ein elektrisches Feld erzeugen.
Indem der Mensch in die Maske einatmet, befeuchtet er das Gewebe. Winzige Batterien erzeugen daraufhin ein Energiefeld von 0,5 Volt.
University Indiana Die Grafik zeigt das Material, auf dem Silber - und Zink-Punkte angebracht sind (rote Markierungen zeigen die Vergrößerung).
Virus konnte Zellen nicht mehr infizieren
Die Wissenschaftler beobachteten in Experimenten, wie Zehntausende Viruspartikel in Kontakt mit dem Gewebe kamen. Das Ergebnis: Die Maske stoppte das Virus, schon bevor es durch das Material gelangen konnte. Das elektrische Feld hatte dafür gesorgt, dass es abgewiesen wurde.
University Inidiana Nach 1 und 5-minütiger Behandlung wurde eine vierfache Verringerung der gewonnenen Viruszahl beobachtet.
Und, noch besser: Eine Minute später war das Virus nicht mehr fähig, die lebenden Zellen zu infizieren, welche die Wissenschaftler dem Erreger im Laborexperiment „angeboten“ hatten. Die Forscher wollen nun die Genehmigung der Aufsichtsbehörden einholen und mit der Produktion beginnen.
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Harvard forscher entwickeln Maske, die Aerosole erkennt
Einen anderen Ansatz verfolgen Wissenschaftler der Universität Harvard und des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Sie erforschten eine einfache, aber effektive Methode zum Nachweis von Coronaviren. Das Forscherteam entwickelte eine Gesichtsmaske, die aufleuchtet, sobald sie das Coronavirus in der Luft erkennt. Sobald in der Nähe eine Person atmet, hustet oder niest, die den Erreger in sich trägt, sendet die Maske ein fluoreszierendes Signal.
Führend bei dieser Entwicklung ist Jim Collins, der seit 2014 in seinem Bioengineering-Labor an Virensensoren arbeitet. Laut „Business Insider“ hat er bereits eine Technologie entwickelt, welche das Zika-Virus erkennt. Diese soll nun überarbeitet werden, um das Coronavirus zu identifizieren.
Sensoren bestehen aus gefriergetrocknetem Erbgut
Die Idee: Die Masken sollen mit Sensoren ausgestattet werden, welche das Virus erkennen. Die Sensoren bestehen aus genetischem Material, aus DNA und RNA, die an ein Virus binden. Dieses Material wird daraufhin gefriergetrocknet. Damit wird der Gensequenz Feuchtigkeit entzogen, ohne es abzutöten. Damit bleiben die Sensoren mehrere Monate stabil, sodass Masken eine relativ lange Haltbarkeit haben.
Um die Sensoren zu aktivieren, sind zwei Dinge nötig: Feuchtigkeit, die der Körper durch Atempartikel abgibt. Außerdem die genetische Sequenz des Coronavirus, dafür genügt bereits eine kleine Menge.
Sobald die Sensoren das Virus erkennen, geben sie innerhalb von ein bis drei Stunden ein Fluoreszenzsignal aus. Dieses ist zwar mit bloßem Auge nicht sichtbar, kann aber mit einem Gerät namens Flourimeter gemessen werden.
Maske könnte Diagnose ohne Labor ermöglichen
Bislang befindet sich das Projekt in einem sehr frühen Stadium. Laut Collins sind die Ergebnisse jedoch vielversprechend. Sollte sich dieses Vorhaben als erfolgreich erweisen, könnte die Maske irgendwann Verwendung an Flughäfen und Bahnhöfen finden.
Es könnte eingesetzt werden, „wenn wir die Sicherheitskontrolle durchlaufen und darauf warten, in ein Flugzeug zu steigen“, erklärte Collins dem „Business Insider“. „Sie oder ich könnten es auf dem Weg zur und von der Arbeit verwenden. Krankenhäuser könnten es für Patienten verwenden, wenn sie hereinkommen oder im Wartezimmer warten, um vorab zu überprüfen, wer infiziert ist.“ Ärzte könnten so sogar Patienten mit dem Virus diagnostizieren, ohne Proben an ein Labor senden zu müssen.
Technologie wurde bereits bewiesen
Die allgemeine Technologie des Sensors wurde bereits bewiesen. Bis 2018 konnte seine Wirkung bereits bei SARS, Influenza, Hepatitis C, Masern und andere Viren nachgewiesen werden. Die Wissenschaftler untersuchen nun, ob der Sensor, der das Coronavirus erkennt direkt in der Maske platziert werden sollte, oder als Modul zum anbringen an andere Masken. Das Team hofft, in den nächsten Wochen einen funktionierenden Mechanismus vorstellen zu können.
„Sobald wir in dieser Phase sind, könnten wir Studien an Personen durchführen, von denen wir glauben, sie sind infiziert“, erklärt Collins. „So können wir sehen, ob die Masken in einer realen Umgebung funktionieren.“
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