目前仍在爆发的新型冠状病毒（COVID-19）已经影响到全球数以亿计的人。现有的检测方法主要依赖鼻咽拭子采集，再进行核酸检测，这些操作均需要专业的人员和实验室，聚集采样会增加被检测人的感染风险，对医护人员也有影响。怎样在较方便和安全的条件下，对呼吸道病毒进行检测，甚至让疑似病人也能方便地进行自检，是目前病毒检测领域的主要问题。
近期，天津大学微纳机电系统实验室，段学欣教授课题组研发了一项新成果，课题组设计并开发了一款带集成传感器的智能口罩，可以直接筛选人体呼出气体是否含有病毒病原体，相关成果已发表在国际权威杂志《生物传感器与生物电子学》上。
据悉，这种智能口罩的传感器由排列精密的纳米线阵列构成，纳米线的线宽和间距与病毒颗粒物的尺寸大小相匹配。纳米线阵列就像一张“网”，可以精确地捕捉呼出气体中的病毒颗粒。与此同时，科研人员还在纳米线阵列上添加了能与带有抗原的病毒产生免疫反应的抗体，一旦发生反应，便会使整个传感器的阻抗值变大。通过对传感器阻抗值的变化进行监测，可初步判断是否含有病毒。
课题组针对人体呼出气的复杂性和口罩结构的特殊性，将传感器设计成了“多孔膜-传感器-柔性基底”的“三明治”结构——纳米级多孔膜将人体呼出的其他微米级颗粒阻挡在外，只有同样是纳米级的病毒才能穿过；柔性基底的设计则使传感器与人体面部可以更贴合。
此外，课题组还进一步开发了可穿戴的集成电学系统，该系统包括数模转换器、运算放大器和无线传输单元。利用该集成电学系统，检测结果可以实时无线传输到智能手机APP上，从而实现在手机上就能直观查看病毒检测结果。作为可穿戴的病毒“及时检测”系统，整个系统的重量仅为7.6g，完全不会影响口罩佩戴的舒适度。
实验结果表明，该智能口罩可以在短短5分钟内分辨出雾化样本中的冠状病毒气溶胶模拟物（猪传染性胃肠炎病毒），检测极限达到7 pfu/mL，对照同样大小腺病毒的检测结果，传感器显示出对冠状病毒较好的选择性。
据介绍，这种智能口罩可广泛用于机场、海关、医院等人流密集场所进行快速筛查。利用无线通信系统，口罩佩戴者或管理员可以通过智能终端，如手机、平板电脑等，安全地获取信息，从而快速做出决策。