硅的鼻子:小型传感器“气味”初期发作

在癫痫患者,疾病警示狗能闻到小身体化学和警告即将发作的变化发生前一个小时或更多。灵感来自大自然的这一壮举,一个研究小组已经嗅出一个办法复制的能力与技术。

桑迪亚国家实验室和研究伙伴知道生物已经开发出一种微型传感器系统可以检测出特定气体释放前癫痫患者的皮肤癫痫发作。

Sandia-designed装置能够感知的关键气体从病人的皮肤上纱布刷卡22分钟前癫痫的发病的创始人兼首席执行官加里阿诺说:知道生物。

对于癫痫的人,知道自己将有一个提前发作给服药时间可以停止大多数癫痫或,至少,得到安全的和私人的地方。

“我的一个朋友有癫痫,”阿诺德说。“他告诉我,有癫痫是可怕的,但这不是最严重的癫痫的一部分。癫痫最糟糕的部分是永远不会知道什么时候你会有癫痫发作。这种不确定性的心理影响是压倒性的。”

鼻子怎么知道?

阿诺德和学术合作者想知道疾病警示狗知道当癫痫发作是迫在眉睫。他们确定了几个关键的挥发性有机化合物的存在,气体负责从新鲜青草的气味的气味干燥指甲油。他们发现疾病警示狗知道即将发作时因为他们闻到身体化学的变化。

“我们能够识别一束八癫痫所特有的挥发性有机化合物的仪器,”阿诺德说。“,三个挥发性有机化合物的仪器被认为是本金,出现在每个样本取自人发病。这些挥发性有机化合物的仪器开始构建在癫痫发作前浓度。”

阿诺德伸出后桑迪亚听到开发一个手持化学检测器为军方工作。桑迪亚的工作开发一个小型气体探测系统超过25年前开始大量内部研究投资的一部分。

做一个硅“鼻子”

阿诺德和桑迪亚生物医学工程师菲利普·米勒一直在努力适应小型化系统检测气体阿诺德的合作者之前确定。

“我们使用了一个由三部分组成的系统分析,”米勒说。“我们将分析分为多个阶段进行收集、分离和鉴定挥发性有机化合物的仪器。两个组件在桑迪亚的微系统工程、科学和应用复杂。”

第一个Sandia-made微型装置作为“海绵”吸收气体。海绵或pre-concentrator硅设备略小于mini-paper剪辑的内循环,从一点纱布收集挥发性有机化合物的仪器,在患者的皮肤和保存了它们,让小得多的气体组成的空气,如氧气、氮气和氩气,流过。在收集气体从纱布样本,pre-concentrator正在迅速加热。热有效“扭”海绵,挥发量发送到下一个阶段的传感器。pre-concentrator允许设备检测甚至极小的数量感兴趣的气体,米勒说。

下一阶段,分离阶段,使用了两个微型气相色谱柱分离从pre-concentrator释放的气体。每一列是一个微小的蛇形通道蚀刻成一个1.2 - 1.2英寸平方的硅,米勒说。两列独立的气体基于两个不同的化学性质。就像一个医生的办公室分离病人的文件按照姓氏然后生日,使用两个不同的列减少抓错了人的机会。

第三阶段,识别阶段,使用一个Sandia-made微型离子迁移谱仪来检测气体的第二列出来。这个探测器敏感甚至足以检测到微量的气体,如生物挥发性有机化合物的仪器在这个项目或跟踪数量的炸药,米勒说。对于癫痫检测原型系统,需要五分钟分析样本从开始到结束。

米勒的研究小组还设计了微控板控制硅发作的各种组件气体检测传感器。

从台式的手腕

到目前为止,桑迪亚和知道收到四个联合专利和其他两个专利申请正在审查,阿诺德和米勒说。知道也许可几种桑迪亚技术测试传感器。

下一步是调整传感器原型闻气体直接从别人的皮肤,而不是从他们的皮肤上的纱布,米勒说。他不希望这个构成很大的挑战,但它是一个重要的步骤在系统可以提炼成一个像手表一样的可穿戴传感器能够采集样本。

然后,这些传感器可以离开实验室,与癫痫患者回家。阿诺德预计招收患者很快在beta测试中,希望有总体上的传感器市场在2024年底。

“对我来说,这个测试是在第一章的最后microChemlab故事,”米勒说。“格雷格Frye-Mason设想这超过25年前,和我们现在的系统可以用作医疗设备,可以极大地改善个体的健康和福祉。这是很酷的。下一章是让它走出实验室,进入卫生保健提供者和病人的手中。”