2020-10-26
近日，卡內基梅隆大學（CMU）的研究人員3D打印了一個傳感器，該傳感器可以在大約10秒內識別Covid-19抗體。該技術是使用增材制造系統供應商Optomec的專利氣溶膠噴射印刷（AJP）工藝生產的，可以使臨床醫生立即準確地檢測是否有人感染了冠狀病毒。
CMU機械工程副教授Rahul Panat領導了開發3D打印傳感器的團隊
他說：“當我們意識到我們可以使我們的工作適應Covid-19測試時，我的研究團隊正在研究3D打印的高性能傳感器，以檢測腦中的多巴胺。我們改變了研究方向，將我們的專業知識應用到了這場毀滅性的大流行中。 Aerosol Jet工藝對于生產高靈敏度和高速度的傳感器至關重要。”
Optomec的Aerosol Jet工藝
盡管AJP工藝已由Optomec商業化，但它最初是由DARPA資助的中尺度集成共形電子（MICE）項目于1990年代后期誕生的。該項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能夠生產具有高達10微米特征的材料，這些材料具有高精度的導電和非導電特性。該過程使用可以粘附到現成表面上的類似墨水的小液滴形成結構。 AJP的一些應用包括電子，航空航天，醫療設備制造，傳感器等。
多家公司已將Optomec的AJP技術用于制造高分辨率電子電路和設備，例如應變傳感器，無線藍牙收發器和小型數模轉換器芯片。
在去年年底，Optomec宣布交付其第500臺3D打印機，其中約300臺由AJP系統組成。
該設備的尺寸約為一美元四分之一。圖片來自卡耐基梅隆大學工程學院。
傳感器
為了創建傳感器，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抗體可以結合到電極上。
由于3D打印結構的特定幾何形狀和表面特性，臨床醫生能夠從一小滴血中立即準確地檢測出Covid-19抗體。即使濃度非常低，也可以通過手持式微流控設備中的傳感器檢測到的電化學反應，識別出兩種病毒抗體。然后將結果立即發送到智能手機，可在10-15秒鐘內使用。研究人員還研究了該平臺除其抗體外，還可以如何在病毒活躍時促進病毒的檢測。
這款低成本傳感器非常小，擁有一項臨時專利。該設備還可以非常快速地進行清潔，從而允許多次連續讀取并最終加快了測試過程。
這項檢測不僅可以在了解Covid-19大流行的途徑和集中程度方面發揮關鍵作用，而且還可以潛在地幫助檢測其他病毒，例如寨卡病毒，埃博拉病毒和HIV。
