电子鼻采用固态传感器和神经处理器“嗅出”COVID-19

最近的合作伙伴BrainChip Holdings和NaNose Medical已经推出了新的COVID-19检测解决方案拥有比RT-PCR筛查更高的准确性。据称，这种纳米人工鼻子可以积极分析病人的呼吸样本，同时保持高度便携。它到底是如何工作的?

基于现有技术构建

NaNose的正式名称是DiaNose，它的技术自2017年就已经存在了。基于以色列理工学院的人造鼻子，自那以后，该设备已经筛查了许多帕金森氏症、癌症、肾衰竭和多发性硬化症患者。COVID-19是最新加入这一诊断名单的疾病。

和许多其他的“电子鼻”一样，二烯醚通过检测呼吸中的挥发性有机化合物(VOCs)而起作用。VOC含量会随着人的活动水平或呼吸模式而波动——然而，当人生病时，这些呼出的化合物的浓度显著增加。根据BrainChip的研究，这些颗粒是特定疾病的生物标记物。

多路复用纳米材料传感器阵列的基本工作原理。图片由ACS Nano

据报道，糖尿病患者的呼吸常闻起来像水果味或甜味。此外，氨样气味与肾脏疾病有关。人体排出酮——一种挥发性有机化合物。人类呼吸中可以含有超过3000种挥发性有机化合物。锁定与COVID - 19最相关的人群是至关重要的。

引入新的患者数据

BrainChip和nanoose Medical是如何实现COVID - 19检测的?答案是人工智能和大量的训练。人工智能算法能在数据中找到模式，帮助科学家在他们所监督的每一组患者数据中找到更深的意义——除去繁琐的人工分析过程。

科学家们反复地将这种算法暴露给称为训练集的专门数据组。研究人员提前知道了每个设定中什么是重要的，他们希望他们的人工智能能够得出同样的“结论”。

检测疾病挥发组学流程图。图片使用的礼貌小杂志

在开发COVID - 19检测功能时，NaNose Medical通过纳米传感器收集了130例患者样本。该阵列收集气体液滴，并检查其是否存在VOCs。模式被揭示在这些化合物的结构中，而忽略了潜在的环境污染物。电离决定了哪些VOCs存在。

纳诺斯医学没有明确说明哪些VOCs是COVID感染的信号。然而，英国的一项研究表明将乙醇、辛醛、丙酮、丙酮丁酮、甲醇、异戊二烯、丙烯、庚醛和丙醇的存在与冠状病毒联系起来。有趣的是，COVID - 19患者呼出的甲醇浓度实际上较低。黛安诺斯可能也在寻找类似的标记。

处理技术便于诊断

在收集了最初的传感器数据后，科学家们将这些数据发送给BrainChip。这些数据成为训练中不可或缺的一部分BrainChip的Akida神经处理器使用机器学习(ML)。Akida SoC被设计成像增压的人脑一样工作，包含超过120万个神经元和100亿个突触。

由于VOC检测的黑白性质，AI和ML在此应用中表现出色。背景和常识的理解不是关键的(想想亚马逊的Alexa)，所以DiaNose没有犯错。Akida芯片对这些操作有原生支持。

基于纳米材料的传感器检测VOCs以识别疾病的原理图。图片使用的礼貌小杂志

秋田也不需要为其他soc供电的免费微电子器件(内存单元、外部CPU等)。因此，它更容易集成到一个紧凑、便携的设备，如黛安诺斯。它也比其他复杂的神经系统便宜得多。

DiaNose优势

纳米传感器阵列在未来的测试中有着巨大的前景。2020年8月的一项研究揭示了在区分COVID - 19患者与对照组时，准确率高达94%。此外，这些方法在区分COVID - 19与其他肺部感染时的准确率高达95%。

因为代糖和秋田可以打包在一起，医疗专业人员不再需要发送测试包进行远程分析。这种检测程序可以在几分钟内进行准确的冠状病毒筛查，使患者在离开办公室前知道自己的结果。即时的结果允许阳性个体相应地隔离，而阴性患者可以休息得更轻松。

呼吸道飞沫是疾病传播的载体，这使得准确的呼吸测试成为一个强有力的工具。该设备的手持性质使其易于使用。专业人员将不再需要收集和存储危险的生物样本。

代烷代表了一个可能的诊断转折点——所有这些都与工程师相关的不断发展的软件和硬件技术有关。