近日,卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(CMU)的研究人員3D打印了一個(gè)傳感器,該傳感器可以在大約10秒內(nèi)識(shí)別Covid-19抗體。該技術(shù)是使用增材制造系統(tǒng)供應(yīng)商Optomec的專利氣溶膠噴射印刷(AJP)工藝生產(chǎn)的,可以使臨床醫(yī)生立即準(zhǔn)確地檢測(cè)是否有人感染了冠狀病毒。
CMU機(jī)械工程副教授Rahul Panat領(lǐng)導(dǎo)了開發(fā)3D打印傳感器的團(tuán)隊(duì)
他說:“當(dāng)我們意識(shí)到我們可以使我們的工作適應(yīng)Covid-19測(cè)試時(shí),我的研究團(tuán)隊(duì)正在研究3D打印的高性能傳感器,以檢測(cè)腦中的多巴胺。我們改變了研究方向,將我們的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到了這場(chǎng)毀滅性的大流行中。 Aerosol Jet工藝對(duì)于生產(chǎn)高靈敏度和高速度的傳感器至關(guān)重要。”
Optomec的Aerosol Jet工藝
盡管AJP工藝已由Optomec商業(yè)化,但它最初是由DARPA資助的中尺度集成共形電子(MICE)項(xiàng)目于1990年代后期誕生的。該項(xiàng)目研究了能夠在幾乎任何基材上沉積多種材料的制造工藝。
以目前的形式,AJP能夠生產(chǎn)具有高達(dá)10微米特征的材料,這些材料具有高精度的導(dǎo)電和非導(dǎo)電特性。該過程使用可以粘附到現(xiàn)成表面上的類似墨水的小液滴形成結(jié)構(gòu)。 AJP的一些應(yīng)用包括電子,航空航天,醫(yī)療設(shè)備制造,傳感器等。
多家公司已將Optomec的AJP技術(shù)用于制造高分辨率電子電路和設(shè)備,例如應(yīng)變傳感器,無線藍(lán)牙收發(fā)器和小型數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片。
在去年年底,Optomec宣布交付其第500臺(tái)3D打印機(jī),其中約300臺(tái)由AJP系統(tǒng)組成。
該設(shè)備的尺寸約為一美元四分之一。圖片來自卡耐基梅隆大學(xué)工程學(xué)院。
傳感器
為了創(chuàng)建傳感器,研究人員使用AJP精確,快速地打印包含納米粒子的墨滴,以產(chǎn)生微小的金電極柱,然后用還原的氧化石墨烯涂層。這種粗糙的涂層使Covid抗體可以結(jié)合到電極上。
由于3D打印結(jié)構(gòu)的特定幾何形狀和表面特性,臨床醫(yī)生能夠從一小滴血中立即準(zhǔn)確地檢測(cè)出Covid-19抗體。即使?jié)舛确浅5?,也可以通過手持式微流控設(shè)備中的傳感器檢測(cè)到的電化學(xué)反應(yīng),識(shí)別出兩種病毒抗體。然后將結(jié)果立即發(fā)送到智能手機(jī),可在10-15秒鐘內(nèi)使用。研究人員還研究了該平臺(tái)除其抗體外,還可以如何在病毒活躍時(shí)促進(jìn)病毒的檢測(cè)。
這款低成本傳感器非常小,擁有一項(xiàng)臨時(shí)專利。該設(shè)備還可以非常快速地進(jìn)行清潔,從而允許多次連續(xù)讀取并最終加快了測(cè)試過程。
這項(xiàng)檢測(cè)不僅可以在了解Covid-19大流行的途徑和集中程度方面發(fā)揮關(guān)鍵作用,而且還可以潛在地幫助檢測(cè)其他病毒,例如寨卡病毒,埃博拉病毒和HIV。