3Dプリンターで強化された「電子鼻」はわずか80秒で新型コロナウイルスを「嗅ぎ分ける」ことができる

チームの機器には、ガス装置、センサー アレイ、3D プリント サンプリング バルブが搭載されており、実際のテストとトレーニングを経て、患者の鼻腔内の新しいコロナウイルスやその他の揮発性有機化合物 (VOC) を検出することができます。 科学者は、さらなる研究と開発により、彼らの機器がCOVID-19テストの規模を拡大し、空港とオフライン活動が再開し始めるにつれてプロセスを加速できると信じています.

「すべての病気には匂いがあります」と、プロジェクトリーダーのノアム・ソーベルは昨年の初期のテストで説明した. 「これは、病気は代謝物によって代謝プロセスを変化させ、これらの代謝物には匂いがあるためです。」

「私たちの研究室には「電子鼻」と呼ばれる装置があります」と彼は付け加えました。 「これは、においのすべてのにおいを反映したパターンを生成できる敏感なデバイスであるため、新しいコロナウイルスのにおいの特徴を特定できるかどうかを確認するために、このデバイスを使用することにしました。」


「私たちが持っている情報は、迅速な診断への道を開くかもしれません。」


科学者は、COVID-19 のテスト中に 3D プリント用に最適化された電子ノーズを使用しました。 Plos One 誌からの写真。


新しい王冠の「スニフ・アウト」サイン

ウイルス自体が揮発性有機化合物を放出することはありませんが、感染したヒト細胞に揮発性有機化合物を放出させる可能性があるため、実際に多くの病気はにおいによって検出できます。したがって、よく訓練された動物 (犬など) を使用して、一見健康な人の病気の兆候を特定することができますが、これまでのところ、この方法を大規模に実施するには問題があります。


同時に、電子鼻には、さまざまな化学範囲の信号を検出するように最適化し、動物の嗅覚系を模倣するように訓練できる複数のセンサーが含まれています。しかし、特定の揮発性有機化合物をターゲットにできるマルチセンサーモデルの開発には非常に時間がかかるため、チームは新型コロナウイルスを検出するために「鼻」を調整し始め、流行が発生したときには非常に時間がかかりました。

さらに重要なことに、科学者の機器は当時実験室に設置されていたため、オフサイトでの使用に適したものにするために調整する必要がありました。この目標を達成するために、研究者は新しいタイプのサンプリング装置を 3D プリントすることを決定し、すぐにイスラエル保健省から承認を得て、ドライブスルー テストで拡張機能をテストするために Magen David Adom (MADA) と協力しました。センター 電子ノーズ。

イスラエルの科学者によって 3D プリントされたサンプリング バルブ。 Plos One 誌からの写真。

フィールドテスト後の「電子鼻」

実験の基礎として、科学者たちは、新しいコロナウイルスを「感知」できるように、標準として10種類の温度調節金属酸化物センサーを含むAIRSENSE PEN3電子ノーズを使用しました。その後、テストを繰り返した後、逆流と偶発的な感染を防ぐために、チームは PEN3 に 3D プリントされた一方向フロー バルブを装備することを選択しました。

研究者のサンプリング装置は、吸入に使用される「鼻孔」に近づけることができる CAD ソフトウェアを使用して設計されており、装置の故障を防ぐためにテスト対象物を保護する特別な層を提供します。実際には、テルアビブにある MADA の検査クリニックでは、チームの電子鼻が 22 日間にわたってさまざまな患者に使用され、各人が通常の核酸検査を行う前に 80 秒間使用しました。

結果データは、深層学習アルゴリズムを使用して Mathworks の Matlab ソフトウェアで繰り返し実行され、科学者の機器を「トレーニング」して、陽性テストと陰性テストの間の揮発性有機化合物の違いを認識し、最終的に約 66.7 の平均「真陽性」率を達成します。 %, "偽陽性" "結果は57%でした。


イスラエルのチームは、新しいコロナウイルス信号の正確な「分子のアイデンティティ」をまだ決定しておらず、デバイスが非常に高いレベルの偽陽性を返したことを認めましたが、これらのエラーは「嗅覚ノイズ」によって引き起こされたと主張しました。完全に最適化された電子機器 パンデミック後の世界の再開を支援するために、鼻はまだ使用できます。

3Dプリンティング新型クラウン試験装置

昨年の世界的な流行以来、研究者はさまざまな 3D プリント技術を使用して、新しいコロナウイルスの実験用テスト キットを作成してきました。カーネギー メロン大学の科学者は、オプトメックのエアロゾル ジェット印刷 (AJP) プロセスを使用して、新しいクラウンに対する抗体をすばやく検出できる新しいタイプの 3D 印刷センサーを作成しました。

同時に、ワーゲニンゲン大学の研究者は、超低コストの方法を採用して、リサイクルされたコーヒー カプセルを新しいクラウン検出器に変えました。このクラウン検出器は、自宅で 20 ペンス未満のコストで組み立てることができます。研究チームは、カプセルに 3D プリントされたバイアル ホルダーを取り付けることで、カプセルを小型の「化学反応器」に変換し、加熱して患者が感染しているかどうかを判断することができました。


その他の分野では、3D プリント サービス プロバイダーの PrintParts が、サプライ チェーンを拡大し、鼻咽頭スワブの大量生産を行うことで、新しい歯冠検査のニーズに対応しています。昨年の流行の最盛期に、同社はマンハッタンに新しい製造ラボを開設し、ニューヨーク市で使用する大量の綿棒を製造できるようにしました。