基于VOC气体传感器的电子鼻,可从呼出气中检测新冠肺炎

原创 MEMS 2022-10-05 00:00

据麦姆斯咨询报道,格但斯克理工大学(Gdańsk University of Technology)联合格丁尼亚海洋和热带医学大学中心(University Center of Maritime and Tropical Medicine,UCMTM)的研究人员通过利用商用VOC(挥发性有机化合物)气体传感器开发的电子鼻装置,展示了当地医院的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的检测结果。研究人员考虑了研究中发现的影响检测结果的技术问题。他们相信,此次研究有助于推进新技术的开发,以限制COVID-19和类似病毒感染的传播。

2021年3月至7月,波兰爆发了第3次COVID-19,此次主要是阿尔法(Alpha)和德尔塔(Delta)变异毒株。在此期间,研究人员在当地医院专门治疗COVID-19感染者的病房进行了实验。呼吸样本是在一个住院患者组和一个对照组中采集的。研究人员调查了56份呼吸样本(33份COVID-19重症患者呼吸样本、17份健康对照组呼吸样本和6份环境空气样本)。研究人员调查了不同年龄、性别和有基础疾病的患者。

所有样本均在被采集对象晨起进食或饮水之前收集,除了饮用淡水或刷牙以减少食物或饮料气味的不利影响外。呼出气最后一波的潮气末部分由BioVOC™呼吸采样器(约130mL)收集,该采样器由特氟龙(Teflon)制成,并包含一个保护性单向流量阀,见下图。每次使用后,将BioVOC™呼吸采样器拆卸,放入溶解了20 mL消毒剂(法国的米尔顿牌子)的1L蒸馏水溶液中清洁。该呼吸采样器在消毒液中静置15分钟后自然风干。然后在低压条件下,将BioVOC™连接到气腔入口并自动打开电动阀门,将收集的呼吸样本导入电子鼻的气腔(下图a)。

(a)新开发的电子鼻利用呼出气最后一波的潮气末部分以分析气体样本;(b)使用BioVOC™收集呼气样本的图示

研究人员通过仔细检查气体传感器的评估参数(如下,依次图1),对收集的数据进行预分析。并统计比较MiCS-6814(NO2)传感器对3个研究组不同样本的响应(如下,依次图2)。他们探索了两组(COVID-19感染者和对照组)的分类算法,以评估环境条件和年龄对检测结果的影响。同时确定了50个样本(33名COVID-19感染者,17名健康志愿者,如下,依次图3)的ROC(受试者工作特征)曲线。他们指出,重要的是要注意环境空气(过滤和循环)对检测结果的影响,同时也可能对医疗效率产生严重影响。因此,重点是要考虑电子鼻对医院病房内COVID-19检测甚至持续监测的影响,以提高医疗效率。

在呼吸样本分析过程中,记录的气体传感器直流电阻RS的相对变化示意图

MiCS-6814(NO2)气体传感器在33名COVID-19感染者、17名健康志愿者和6份环境空气样本这3组选定参数之间响应的主要差异

观察到的50个样本(33名COVID-19感染者、17名健康志愿者)的ROC曲线

COVID-19感染尤其威胁到老年患者的健康,因此研究人员预测,统计学上,他们的呼气比年轻患者的检测变化更为明显。研究人员分别利用COVID-19感染者(55岁)和健康志愿者(45岁)的中位年龄作为阈值,将其分为2个小组。对年龄较大(等于或大于中位年龄,下图a)和相对年轻(低于中位年龄,下图b)小组的ROC曲线的评估证实,老年组的检测结果更准确,所有算法的分类准确率均达到91%以上。在最不理想的情况下的神经网络算法中,年轻患者组的检测准确度下降到80%。这些结果有力的支持了新开发的电子鼻的检测准确性,该方法在统计上能更有效地检测出健康受威胁最严重的老年患者。

观察到的各样本组的ROC曲线

研究人员强调,研究结果显示老年人群的检出率更高。此外,他们注意到所分析的呼吸样本的湿度存在差异。COVID-19感染者呼吸样本的平均湿度高于健康志愿者。在研究人员的探索性研究中,他们专注于可能的修正,以提高检测精度和针对波动环境因素的抗干扰力。研究人员确定了最可靠的气体传感器参数,这些参数可以应用于测试过程,大大缩短检测时间。进一步加强了对选择性好、灵敏度高的传感器的需求。COVID-19感染的单独VOC标志物的浓度为几十ppb水平。尽管如此,呼出气中大量VOC的混合物对应用商业气体传感器检测COVID-19感染者有很大影响。

该电子鼻应用于COVID-19检测之前,仍有一些悬而未决的问题。首先,研究人员无法确定电阻式气体传感器不可避免的时间漂移如何影响电子鼻的检测率,以及在密集操作期间是否需要对其反复校准。他们认为应引入更有效、更快速的气体传感器清洁程序(例如采用紫外线(UV)照射或脉冲加热)。其次,在露天条件下或被检测者患有感冒、季节性流感等肺部疾病时的检测效率。最后,采用预浓缩器技术来增加VOC浓度并降低对气体传感器的要求。该技术会增加电子鼻的成本并使其更笨重。他们认为,上述问题是在引入大规模COVID-19筛查和监测其医疗效率方面迈出的一大步。该方法出结果更快、成本更低,但并不会像金标准PCR(聚合酶链式反应)测试那样准确。

论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41598-022-20534-8

延伸阅读:
《气体传感器技术及市场-2022版》
《盛思锐气体传感器SGP40产品分析》
《盛思锐气体传感器SGP30产品分析》


MEMS 中国首家MEMS咨询服务平台——麦姆斯咨询(MEMS Consulting)
评论 (0)
  •   物质扩散与污染物监测系统软件:多领域环境守护的智能中枢   北京华盛恒辉物质扩散与污染物监测系统软件,作为一款融合了物质扩散模拟、污染物监测、数据分析以及可视化等多元功能的综合性工具,致力于为环境科学、公共安全、工业生产等诸多领域给予强有力的技术支撑。接下来,将从功能特性、应用场景、技术实现途径、未来发展趋势等多个维度对这类软件展开详尽介绍。   应用案例   目前,已有多个物质扩散与污染物监测系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润物质扩散与污染物监测系统。这
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-09 14:54 83浏览
  • ## DL/T645-2007* 帧格式:* 帧起始字符:68H* 地址域:A0 A1 A2 A3 A4 A5* 帧起始字符:68H* 控制码:1字节* 主站:* 13H:请求读电能表通信地址* 11H:请求读电能表数据* 1CH:请求跳闸、合闸* 从站:* 91H:正常应答读电能表* 9CH:正常应答跳闸、合闸* 数据域长度:1字节* 数据域:DI0 DI1 DI2 DI3* 发送方:每字节+33H* 接收方:每字节-33H* 数据标识:* 电能量* 最大需量及发生时间* 变量* 事件记录*
    四毛打印店 2025-04-09 10:53 49浏览
  • 在万物互联时代,智能化安防需求持续升级,传统报警系统已难以满足实时性、可靠性与安全性并重的要求。WT2003H-16S低功耗语音芯片方案,以4G实时音频传输、超低功耗设计、端云加密交互为核心,重新定义智能报警设备的性能边界,为家庭、工业、公共安防等领域提供高效、稳定的安全守护。一、技术内核:五大核心突破,构建全场景安防基座1. 双模音频传输,灵活应对复杂场景实时音频流传输:内置高灵敏度MIC,支持环境音实时采集,通过4G模块直接上传至云端服务器,响应速度低至毫秒级,适用于火灾警报、紧急呼救等需即
    广州唯创电子 2025-04-08 08:59 143浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍伴随贸易全球化的持续深入,跨境电商迎来蓬勃发展期,物流行业 “出海” 成为不可阻挡的必然趋势。加之国内快递市场渐趋饱和,存量竞争愈发激烈。在此背景下,国内头部快递企业为突破发展瓶颈,寻求新的增长曲线,纷纷将战略目光投向海外市场。2024 年,堪称中国物流企业出海进程中的关键节点,众多企业纷纷扬帆起航,开启海外拓展之旅。然而,在一片向好的行业发展表象下,部分跨境物流企业的经营状况却不容乐观。它们受困于激烈的市场竞争、不断攀升的运营成本,以及复杂的国际物流环境,陷入了微利
    华尔街科技眼 2025-04-09 15:15 74浏览
  •   物质扩散与污染物监测系统:环境守护的关键拼图   一、物质扩散原理剖析   物质扩散,本质上是物质在浓度梯度、温度梯度或者压力梯度等驱动力的作用下,从高浓度区域向低浓度区域迁移的过程。在环境科学范畴,物质扩散作为污染物在大气、水体以及土壤中迁移的关键机制,对污染物的分布态势、浓度动态变化以及环境风险程度有着直接且重大的影响。   应用案例   目前,已有多个物质扩散与污染物监测系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润物质扩散与污染物监测系统。这些成功案例为物质
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-09 11:24 47浏览
  •   卫星图像智能测绘系统全面解析   一、系统概述   卫星图像智能测绘系统是基于卫星遥感技术、图像处理算法与人工智能(AI)技术的综合应用平台,旨在实现高精度、高效率的地理空间数据获取、处理与分析。该系统通过融合多源卫星数据(如光学、雷达、高光谱等),结合AI驱动的智能算法,实现自动化、智能化的测绘流程,广泛应用于城市规划、自然资源调查、灾害监测等领域。   应用案例   目前,已有多个卫星图像智能测绘系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润卫星图像智能测绘系统
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-08 15:04 90浏览
  •   卫星图像智能测绘系统:地理空间数据处理的创新引擎   卫星图像智能测绘系统作为融合卫星遥感、地理信息系统(GIS)、人工智能(AI)以及大数据分析等前沿技术的综合性平台,致力于达成高精度、高效率的地理空间数据采集、处理与应用目标。借助自动化、智能化的技术路径,该系统为国土资源管理、城市规划、灾害监测、环境保护等诸多领域输送关键数据支撑。   应用案例   目前,已有多个卫星图像智能测绘系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉北京五木恒润卫星图像智能测绘系统。这些成功案例为卫星
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-08 16:19 77浏览
  • 文/Leon编辑/侯煜‍就在小米SU7因高速交通事故、智驾性能受到质疑的时候,另一家中国领先的智驾解决方案供应商华为,低调地进行了一场重大人事变动。(详情见:雷军熬过黑夜,寄望小米SU7成为及时雨)4月4日上午,有网友发现余承东的职务发生了变化,华为官网、其个人微博认证信息为“常务董事,终端BG董事长”,不再包括“智能汽车解决方案BU董事长”。余承东的确不再兼任华为车BU董事长,但并非完全脱离华为的汽车业务,而是聚焦鸿蒙智行。据悉,华为方面寻求将车BU独立出去,但鸿蒙智行仍留在华为终端BG部门。
    华尔街科技眼 2025-04-09 15:28 68浏览
  • HDMI从2.1版本开始采用FRL传输模式,和2.0及之前的版本不同。两者在物理层信号上有所区别,这就需要在一些2.1版本的电路设计上增加匹配电路,使得2.1版本的电路能够向下兼容2.0及之前版本。2.1版本的信号特性下面截取自2.1版本规范定义,可以看到2.1版本支持直流耦合和交流耦合,其共模电压和AVCC相关,信号摆幅在400mV-1200mV2.0及之前版本的信号特性HDMI2.0及之前版本采用TMDS信号物理层,其结构和参数如下:兼容设计根据以上规范定义,可以看出TMDS信号的共模电压范
    durid 2025-04-08 19:01 154浏览
  • 在人工智能技术飞速发展的今天,语音交互正以颠覆性的方式重塑我们的生活体验。WTK6900系列语音识别芯片凭借其离线高性能、抗噪远场识别、毫秒级响应的核心优势,为智能家居领域注入全新活力。以智能风扇为起点,我们开启一场“解放双手”的科技革命,让每一缕凉风都随“声”而至。一、核心技术:精准识别,无惧环境挑战自适应降噪,听懂你的每一句话WTK6900系列芯片搭载前沿信号处理技术,通过自适应降噪算法,可智能过滤环境噪声干扰。无论是家中电视声、户外虫鸣声,还是厨房烹饪的嘈杂声,芯片均能精准提取有效指令,识
    广州唯创电子 2025-04-08 08:40 182浏览
我要评论
0
1
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦