Od początku pandemii COVID-19, druk 3D trafiał na pierwsze strony gazet, gdzie wykorzystywany był do niesienia pomocy m.in. przez druk środków ochrony osobistej, projekty respiratorów, części zamienne do nich i wiele wiele innych, teraz naukowcy stworzyli szybki drukowany test na obecność COVID-19.

Zespół naukowców z Carnegie Mellon University, Iniversity of Pittsburgh i University of Pittsburgh Medical Center wykorzystując opatentowany proces Aerosol Jet firmy Optomec stworzył niedrogi sensor, który rozpoznaje przeciwciała COVID-19 w czasie około dziesięć sekund. Uważa się, że ten test jest najszybszym znanym dotychczas testem obecności przeciwciał COVID-19, a wszystko to za sprawą reakcji elektrochemicznej i druku 3D.

Czujnik podłączony do smarfona

Rahul Panat, kierownik tego projektu to profesor inżynierii mechanicznej na Carnegie Mellon University, który bada różne rodzaje technologii addatywnej w celu wytwarzania urządzeń biosensorowych i interfejsów łączących człowieka z komputerem.

Mój zespół badawczy pracował nad drukowanymi w 3D wysokowydajnymi czujnikami do wykrywania dopaminy – substancji chemicznej w mózgu, kiedy zdaliśmy sobie sprawę, że możemy dostosować naszą pracę do testów na COVID-19 – powiedział Panat.  Zmieniliśmy kierunek badań, aby zastosować naszą wiedzę do walki z tą niszczycielską pandemią. Technologia Aerosol Jet miała kluczowe znaczenie dla wyprodukowania precyzyjnego czujnika o wysokiej czułości i szybkości.

Prof. Rahul Panat podczas pracy

Dzięki technologii Aerosol Jet można drukować zarówno materiałami przewodzącymi jak i nieprzewodzącymi, wydruki są bardzo precyzyjne, a ich rozmiar może sięgać zaledwie dziesięciu mikronów. Aby wytworzyć czujnik przeciwciał wirusa COVID-19, złote elektrody mikropilarne, drukowane są w nanoskali z cząsteczek aerozolu. Kropelki po naniesieniu na powierzchnię, a później na kolejną warstwę są spiekane termicznie z dużą szybkością, aby utworzyć strukturę składającą się ze 100 sztuk mikropilarów ulokowanych na powierzchniach kwadratowych 2 x 2 mm

100 sztuk mikropilarów umieszczonych na powierzchni 2x2mm

Spiekanie powoduje nasiloną reakcję elektrochemiczną, która sprawia, że przeciwciała wiążą się z antygenami poprzez użycie zredukowanego tlenku grafenu osadzonego na złotych elektrodach.

Charakterystyka powierzchni i specyficzna geometria struktury drukowanych 3D mikropilarów pozwala złotym elektrodom na przyjęcie dużej ilości białek, przez co daje lekarzom możliwość dokładniejszego i szybszego wykrycia przeciwciał wirusa.

Schemat działania czujnika wykrywającego przeciwciała COVID-19

Do wykonania testu potrzebna jest bardzo mała kropla krwi z opuszka palca osoby badanej.

Czujnik można połączyć ze smartfonem i przesłać wyniki próbki krwi. Naukowcy twierdzą, że ich test ma bardzo niski wskaźnik błędów, ponieważ reakcja wiązania między antygenem, a przeciwciałami COVID-19 jest wysoce selektywna.

Czyszczenie i regeneracja platformy pomiarowej zajmuje mniej niż jedną minutę, dzięki zastosowaniu specjalnej substancji chemicznej, którą zastosował zespół naukowców.

Badacze z Carnegie Mellon University zaczynają teraz skupiać się na tym, czy platforma byłaby w stanie wykryć aktywny wirus COVID-19, a nie tylko jego przeciwciała (co świadczy tylko o wcześniejszym przebyciu choroby). Naukowcy twierdzą, że platforma testująca może posłużyć też do wykrywania innych chorób zakaźnych, potencjalnie wpływających na przebieg pandemii.

 

Źródło: 3dprint.com