Il rilevamento in tempo reale dell’infezione da SARS CoV-2 coronavirus con un naso elettronico

 
Gli scienziati dell’Istituto israeliano Weizmann of Science hanno stampato in 3D un accessorio “naso elettronico” che gli consente di “annusare” in modo sicuro sostanze chimiche che identificano le persone infette da COVID-19. 

Lo strumento del team, dotato di un’unità del gas, un array di sensori e una valvola di campionamento stampata in 3D, è stato addestrato attraverso test pratici per trovare COVID-19 e altri composti organici volatili (VOC) all’interno dei passaggi nasali dei pazienti. Con ulteriori attività di ricerca e sviluppo, gli scienziati ritengono che il loro dispositivo potrebbe aiutare ad ampliare la scala dei test COVID-19 e ad accelerare il processo man mano che gli aeroporti e gli eventi dal vivo iniziano a riaprire. 

“Ogni malattia ha un odore”, ha spiegato il leader del progetto Noam Sobel durante i primi test dello scorso anno. “Questo perché le malattie cambiano i processi metabolici che hanno metaboliti e questi hanno un odore”.

“Abbiamo nel nostro laboratorio un dispositivo chiamato ‘naso elettronico’”, ha aggiunto. “È un dispositivo sensibile che genera uno schema, che riflette ogni odorante che odora, quindi abbiamo deciso di usarlo per vedere se potevamo caratterizzare l’odore di COVID-19”.

“STIAMO ACQUISENDO INFORMAZIONI CHE POTREBBERO APRIRE UNA STRADA VERSO UNA DIAGNOSTICA RAPIDA”.
 Sebbene i virus da soli non emettano COV, possono causare la presenza di cellule umane infette, quindi molte malattie possono essere effettivamente rilevate dall’odore. Di conseguenza, animali addestrati come i cani possono attualmente essere impiegati per identificare segni di malattia in individui apparentemente sani, ma finora questo risultato su larga scala si è dimostrato problematico. 

I nasi elettronici, nel frattempo, contengono più sensori che possono essere ottimizzati per rilevare segnali a diversi intervalli chimici e addestrati a imitare il sistema olfattivo animale. Tuttavia, lo sviluppo di un modello multisensore in grado di indirizzare determinati VOC richiede tempo e il team ha iniziato a modificare il proprio “naso” per il rilevamento di COVID-19 allo scoppio della malattia, quando il tempo era essenziale. 

Inoltre, il dispositivo degli scienziati a quel punto era basato sul laboratorio, il che significa che avevano bisogno di adattarlo per applicazioni fuori sede. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno deciso di stampare in 3D un nuovo dispositivo di campionamento, prima di ottenerlo rapidamente approvato dal Ministero della Salute israeliano e lavorare con Magen David Adom (MADA) per testare il loro naso elettronico avanzato sul campo durante un test drive-through. centro. 

Come base per i loro esperimenti, gli scienziati hanno utilizzato un AIRSENSE PEN3 eNose , che include dieci diversi sensori di ossido di metallo termoregolati come standard, consentendogli di “rilevare” il COVID-19. Successivamente, al fine di prevenire il riflusso e le persone che vengono infettate accidentalmente dopo ripetuti test, il team ha scelto di dotare il proprio PEN3 di una valvola di flusso unidirezionale stampata in 3D. 

Progettato utilizzando il software CAD, il dispositivo di campionamento dei ricercatori è stato costruito per adattarsi perfettamente alla ‘narice da cui aspirava l’aria e fornire ai soggetti del test un ulteriore livello di protezione contro la rottura del dispositivo. In pratica, presso la clinica di test MADA a Tel Aviv, l’eNose del team è stato applicato nel corso di 22 giorni da diversi pazienti per ottanta secondi ciascuno, prima di eseguire un normale test PCR. 

I dati risultanti sono stati quindi eseguiti ripetutamente tramite il software Matlab di Mathworks , utilizzando un algoritmo di deep learning per “addestrare” il dispositivo degli scienziati per identificare le differenze VOC tra test positivi e negativi, riuscendo infine a ottenere un tasso medio di “vero positivo” di circa 66,7%, e un risultato ‘falso positivo’ del 57%.  

Sebbene il team israeliano abbia concluso ammettendo di non aver ancora identificato la precisa “identità molecolare” del segnale COVID-19 e che il loro dispositivo ha restituito un livello molto alto di falsi positivi, sostengono che questi errori siano stati causati da “problemi olfattivi”. noise” e che un eNose completamente ottimizzato potrebbe ancora essere applicato per aiutare il mondo a riaprire dopo la pandemia. 

Dispositivi per test COVID-19 stampati in 3D

Dall’epidemia globale della pandemia lo scorso anno, i ricercatori hanno implementato un’ampia varietà di tecniche di stampa 3D per produrre kit sperimentali di test COVID-19. Gli scienziati della Carnegie Mellon University (CMU) hanno utilizzato il processo Aerosol Jet Printing (AJP) di Optomec per creare un nuovo sensore stampato in 3D in grado di rilevare rapidamente gli anticorpi COVID-19. 

I ricercatori della Wageningen University , nel frattempo, hanno adottato un approccio a bassissimo costo, trasformando le capsule di caffè riciclate in test COVID-19 che possono essere assemblati a casa per meno di 20 centesimi. Montando i loro baccelli con supporti per fiale stampati in 3D, il team è stato in grado di convertirli in mini “reattori chimici”, che si riscaldano per rivelare se un paziente è infetto o meno. 

Altrove, il fornitore di servizi di stampa 3D PrintParts ha contribuito a soddisfare la domanda di test COVID-19 espandendo la sua catena di approvvigionamento per produrre in serie tamponi nasofaringei (NP) . Al culmine della pandemia lo scorso anno, l’azienda ha aperto un nuovo laboratorio di produzione a Manhattan, che le ha permesso di produrre grandi quantità di tamponi da utilizzare a New York City. 

I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro articolo intitolato ” Prova di concetto per il rilevamento in tempo reale dell’infezione da SARS CoV-2 con un naso elettronico “. Lo studio è stato co-autore di Kobi Snitz, Michal Andelman-Gur, Liron Pinchover, Reut Weissgross, Aharon Weissbrod, Eva Mishor, Roni Zoller, Vera Linetsky, Abebe Medhanie, Sagit Shushan, Eli Jaffe e Noam Sobel. 

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