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3D打印增强的'Enose'训练为“嗅探”Covid-19仅在80秒内

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以色列的科学家魏茨曼科学研究所3D打印出一种“电子鼻”配件,使其能够安全地“嗅出”化学物质,从而确定感染了COVID-19的人。

该团队的仪器采用燃气装置,传感器阵列和3D印刷采样阀,通过实际测试训练,以找到患者鼻腔通道内的Covid-19和其他挥发性有机化合物(VOC)。通过进一步的研发,科学家认为,他们的设备可以帮助扩大Covid-19测试的规模,并加快该过程,因为机场和现场活动现在开始重新开放。

“每种疾病都有气味,”该项目的领导NoAM Sobel在去年早期测试期间解释。“这是因为疾病改变了具有代谢物的代谢过程,而这些则具有闻起来。”

“我们的实验室里有一种被称为‘电子鼻’的设备,”他补充说。“这是一种敏感设备,它能产生一种模式,反映它闻到的每一种气味,所以我们决定使用它来看看我们是否能描述COVID-19的气味。”

“我们获得的信息可能会为快速诊断开辟一条道路。”

科学家们在Covid-19测试期间使用了科学家的3D印刷优化Enose。
科学家们在Covid-19测试期间使用了科学家的3D印刷优化Enose。图片来自Plos One杂志。

“嗅出”COVID-19的迹象

虽然单独的病毒不发出VOC,但它们会导致感染的人体细胞这样做,因此许多疾病实际上可以通过气味来检测。因此,目前可以部署训练有素的动物,例如狗,以识别显然健康的个人内的疾病症状,但在规模中实现了这一目标,但到目前为止已经证明了问题。

同时,电子鼻含有多个传感器,可以优化用于检测不同化学范围的信号,并培训以模仿动物嗅觉系统。然而,开发能够针对某些VOC的多传感器模式是耗时的,并且该团队开始在疾病的爆发中调整Covid-19检测的“鼻子”,当时的精华。

更重要的是,科学家的设备在那点基于实验室,这意味着他们需要调整它的非现场应用程序。为实现这一目标,研究人员在迅速获取批准之前,研究了3D打印了一种新颖的采样装置以色列卫生部和使用Magen David Adom.(MADA)在驾驶测试中心在现场中试用他们的增强的电子鼻子。

以色列科学家的3D印刷采样阀。
以色列科学家的3D打印采样阀。图片来自Plos One杂志。

现场测试升级的'Enose'

作为他们的实验的基础,科学家们使用了一个AirSense Pen3 Enose.它的标准配置包括10个不同的温度调节金属氧化物传感器,使其能够“感知”COVID-19。后来,为了防止回流,以及在反复测试后人们意外感染,该团队选择将他们的PEN3与3D打印的单向流量阀相匹配。

使用CAD软件设计,研究人员的采样装置建成,以舒适地贴合对“鼻孔覆盖空气的鼻孔”,并提供测试对象,并提供额外的防止器件故障保护。在实践中,在Mada的Tel Aviv测试诊所,在采用正常PCR测试之前,在不同患者中,在22天的课程中应用了团队的enose。

然后重复通过产生的数据MathWorks的Matlab软件, using a deep learning algorithm to ‘train’ the scientists’ device to identify the VOC differences between positive and negative tests, ultimately managing to achieve a mean ‘true positive’ rate of around 66.7%, and a ‘false positive’ result of 57%.

Although the Israeli team concluded by admitting that they haven’t yet identified the precise “molecular identity” of the COVID-19 signal, and that their device returned a very high level of false positives, they maintain that these errors were caused by “olfactory noise,” and that a fully-optimized eNose could still be applied to help the world reopen post-pandemic.

3D印刷Covid-19测试设备

自去年大流行的全球疫情以来,研究人员已经部署了各种各样的3D印刷技术,以生产实验性Covid-19测试套件。科学家们卡内基·梅隆大学(CMU)已经使用过Optomec的喷墨印刷(AJP)工艺创建新型3D印刷传感器能够快速检测COVID-19抗体。

研究人员瓦赫宁根大学同时,已经采取了超低成本的方法,将再生咖啡胶囊转化为Covid-19测试,该测试可以在家中组装不到20p。通过用3D印刷的小瓶持有人拟合他们的豆荚,团队能够将它们转换为迷你'化学反应堆,'通过加热来判断病人是否被感染。

在其他地方,3D打印服务提供商PrintParts通过将供应链扩展至大规模生产鼻咽(NP)拭子.在去年疫情最严重的时候,该公司在曼哈顿开设了一个新的生产实验室,使其能够生产大量棉签,供纽约市使用。

研究人员的发现在他们的论文《用电子鼻子实时检测SARS COV-2感染的概念证明这项研究的合著者包括Kobi Snitz, Michal Andelman-Gur, Liron Pinchover, Reut Weissgross, Aharon Weissbrod, Eva Mishor, Roni Zoller, Vera Linetsky, Abebe Medhanie, Sagit Shushan, Eli Jaffe和Noam Sobel。

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图片展示了科学家在COVID-19检测过程中使用的3D打印优化鼻塞。图片来自Plos One杂志。

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