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2020-10-26
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)我們意識到我們可以使我們的工作適應(yīng)Covid-19測試時(shí)，我的研究團(tuán)隊(duì)正在研究3D打印的高性能傳感器，以檢測腦中的多巴胺。我們改變了研究方向，將我們的專業(yè)知識應(yīng)用到了這場毀滅性的大流行中。 Aerosol Jet工藝對于生產(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3D打印機(jī)，其中約300臺由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)確地檢測出Covid-19抗體。即使?jié)舛确浅５停部梢酝ㄟ^手持式微流控設(shè)備中的傳感器檢測到的電化學(xué)反應(yīng)，識別出兩種病毒抗體。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。
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?？焖俚剡M(jìn)行清潔，從而允許多次連續(xù)讀取并最終加快了測試過程。
這項(xiàng)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(fā)揮關(guān)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。
