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卡内基梅隆大学开发在10秒内识别冠状病毒的3D打印传感器

 

      近日,卡内基梅隆大学(CMU)的研究人员3D打印了一个传感器,该传感器可以在大约10秒内识别Covid-19抗体。该技术是使用增材制造系统供应商Optomec的专利气溶胶喷射印刷(AJP)工艺生产的,可以使临床医生立即准确地检测是否有人感染了冠状病毒。

卡内基梅隆大学开发在10秒内识别冠状病毒的3D打印传感器(图1)

CMU机械工程副教授Rahul Panat领导了开发3D打印传感器的团队

      他说:“当我们意识到我们可以使我们的工作适应Covid-19测试时,我的研究团队正在研究3D打印的高性能传感器,以检测脑中的多巴胺。我们改变了研究方向,将我们的专业知识应用到了这场毁灭性的大流行中。 Aerosol Jet工艺对于生产高灵敏度和高速度的传感器至关重要。”

Optomec的Aerosol Jet工艺
      尽管AJP工艺已由Optomec商业化,但它最初是由DARPA资助的中尺度集成共形电子(MICE)项目于1990年代后期诞生的。该项目研究了能够在几乎任何基材上沉积多种材料的制造工艺。

      以目前的形式,AJP能够生产具有高达10微米特征的材料,这些材料具有高精度的导电和非导电特性。该过程使用可以粘附到现成表面上的类似墨水的小液滴形成结构。 AJP的一些应用包括电子,航空航天,医疗设备制造,传感器等。

      多家公司已将Optomec的AJP技术用于制造高分辨率电子电路和设备,例如应变传感器,无线蓝牙收发器和小型数模转换器芯片。

      在去年年底,Optomec宣布交付其第500台3D打印机,其中约300台由AJP系统组成。

卡内基梅隆大学开发在10秒内识别冠状病毒的3D打印传感器(图2)

该设备的尺寸约为一美元四分之一。图片来自卡耐基梅隆大学工程学院。


传感器
      为了创建传感器,研究人员使用AJP精确,快速地打印包含纳米粒子的墨滴,以产生微小的金电极柱,然后用还原的氧化石墨烯涂层。这种粗糙的涂层使Covid抗体可以结合到电极上。

      由于3D打印结构的特定几何形状和表面特性,临床医生能够从一小滴血中立即准确地检测出Covid-19抗体。即使浓度非常低,也可以通过手持式微流控设备中的传感器检测到的电化学反应,识别出两种病毒抗体。然后将结果立即发送到智能手机,可在10-15秒钟内使用。研究人员还研究了该平台除其抗体外,还可以如何在病毒活跃时促进病毒的检测。

      这款低成本传感器非常小,拥有一项临时专利。该设备还可以非常快速地进行清洁,从而允许多次连续读取并最终加快了测试过程。

这项检测不仅可以在了解Covid-19大流行的途径和集中程度方面发挥关键作用,而且还可以潜在地帮助检测其他病毒,例如寨卡病毒,埃博拉病毒和HIV。