استفاده از نیمه هادی الماس چه تاثیری در آزمایشات تشخیصی کووید 19
نیمه هادی الماس، سرانجام راه خود را برای انجام آزمایشات سریع COVID-19 پیدا کرد. دستیابی به نتایج آزمایش COVID-19 در حال حاضر 5 تا 15 دقیقه زمان می برد. اما Bio-FET های مبتنی بر الماس میتوانند این زمان را به چند ثانیه کاهش دهند.
شرکت های زیادی در رویارویی با پیچیدگی های آزمایش COVID-19 درگیر شده اند تا اقدامات جدیدی برای تست این ویروس را به بازار عرضه کنند. در حالی که دستیابی به آزمایشات خانگی راحت تر شده است، تشخیص آزمایشگاهی و مراقبت های عمومی عقب مانده اند. اکنون یک شرکت از ایالت ایلینویز، امیدوار است که بتواند برای آنها روند صعودی ایجاد کند.
تصویر زیر که با مجوز از نیمه هادی AKHAN گرفته شده، فرآیندهای نیمه هادی الماس AKHAN شامل پلاسمای مایکروویو و فیلِمان گرم CVD را که برای کاربردهای الکترونیک، حرارتی و اپتیک استفاده شده است، نشان میدهد.
کاربرد نیمه هادی الماس AKHAN
نیمه هادی AKHAN به دلیل استفاده از الماس به عنوان نیمه هادی با پهنای باند وسیع (WBG) برای استفاده در فناوری محاسبات، مشهور است.
اما اکنون، این شرکت از پلتفرم Miraj Diamond برای توسعه دستگاه های آزمایش COVID و پیگیری سریع آن استفاده میکند. به گفته AKHAN، ماده فوق رسانا بسیاری از مسائل موجود در رابطه با مقیاس پذیری، قیمت گذاری و سرعت آزمایش را حل خواهد کرد.
آیا Bio-FET میتواند نتایج آزمایش کووید 19را در چند ثانیه ارائه دهد؟
شرکت AKHAN فناوری مواد خود را بعنوان یک پایه اتصال در اپلیکیشنهایی، میداند که از ترانزیستورهای اثر میدانی بیوسنس (Bio-FET) استفاده میکنند. دستگاه های Bio-FET که مبتنی بر ساختار MOSFET هستند، از اجزای بیوسنس برای تجزیه و تحلیل اثرات ویروسی استفاده می کنند.
عنصر Bio-FET نوعی ترانزیستور اثر میدانی حساس به یون (ISFET) است. اینها گِیتهای فلزی سنتی را با محلول های الکترولیت جایگزین میکنند.
محلول منحصر به فرد AKHAN در کنارBio-FET برای سیستم تعلیق گاز و مایع قابل تنظیم است، و آن را برای تجزیه و تحلیل بیولوژیکی سازگار میکند. علاوه بر آن قابلیت کار کردن در دمای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد را دارد.نمودار زیر که با مجوز از Huijunan [CC BY-SA 4.0] گرفته شده، تصویر اصلاح شده از ساختار گیرنده بیولوژیکی یک Bio-FET معمولی، را نشان می دهد.
ساختار گیرنده بیولوژیکی یک Bio-FET معمولی
در حالی که آزمایش های سریع دیگر برای COVID-19 میتوانند در مدت پنج تا پانزده دقیقه ویروس را ارزیابی کنند، سیستم های Bio-FET میتوانند نتایج را فقط در چند ثانیه ارائه دهند. دانشمندان از این نتایج فوری برای آزمایش ابولا و SARS استفاده کرده اند. کووید 19 تا حدود 86 درصد با SARS (نوعی دیگر از ویروس کرونا) مشابه است و آن را به عنوان یک افزودنی طبیعی به لیست خود اضافه میکند.
آیا اشکالات طولانی Bio-FET برطرف شده است؟
یکپارچگی ساختاری سیستم های Bio-FET یک هدف پایدار بوده است، زیرا اجزای داخلی و خارجی حساس هستند. نیمه هادی AKHAN، برای مقایسه میگوید: ” Miraj Diamond دمای بالا را خیلی راحت تر کنترل می کند، در حالی که طول عمر بیشتری دارد.” این شرکت همچنین ادعا میکند که اجزای Miraj با یک هزارم ضخامت نسبت به دیگر راه حل های رقابتی به این هدف میرسند.
با این حال، ادغام فن آوری اصلی با مشکلاتی همراه بود. مدیرعامل شرکت AKHAN توضیح میدهد که: “چالش های اصلی، ارتباط قوی و حساس لایه پیوند دهنده آنتی بادی به طراحی دستگاه الکترونیکی بود.” این لایه “جنبه بیولوژیکی منحصر به فرد دستگاه” را تشکیل میدهد. الماس نانوکریستالی با خون، ویروس ها و آنتی بادی ها سازگار است.
در تصویر زیر که با مجوز از نیمه هادی AKHAN گرفته شده، یک لنز لیزر الماس Miraj نشان داده شده است.
لنز لیزر الماس Miraj
افراد حرفه ای باید در بین آزمایشات اجزای دستگاه را استریل کنند. اجزایی که از الماس تهیه شده اند، میتوانند در برابر تماس مکرر با مواد شیمیایی به سختی مقاومت کنند و قابلیت استفاده طولانی مدت آنها را افزایش دهند.
دستگاه های مورد استفاده در آزمایشات، پیچیده هستند و هر دوی سیستم های تشخیص ویروس و سیستم های الکتریکی باید بهینه شوند.
شرکت AKHAN میگوید مواد آنها که از الماس درست شده، ولتاژها را با سهولت ایزوله میکند و این امر برای آزمایشاتی که بسیار پر کاربرد هستند، مفید میباشد. شرکت AKHAN همچنین اظهار داشت که نیمه هادی های الماس با حداقل 90? کارایی بیشتر از راه حل های جایگزین کار میکنند. نکته کلیدی در اینجا حفظ میزان نیرو است.
شرکت های نیمه هادی دیدگاه خود را برای یاری رسانی در مقابله باCOVID-19 تغییر میدهند. شیوع COVID-19 در مقیاس وسیعی بر تولید نیمه هادیها تأثیر گذاشته است. بسیاری از شرکتها فعالیتهای منظم خود را به سمت طراحی هواکش و تجهیزات آزمایشگاهی سوق داده اند.
ما از شرکت نیمه هادی AKHAN سوال کردیم که آنها تغییر خط تولید خود را در بروز این همه گیری چگونه پیش بینی کرده اند. شرکت AKHAN پاسخ داد که: “ما پیش بینی میکنیم تا 3 سال آینده 50? از حجم تولید ما به سوی دستگاههای مربوط به COVID منتقل شود.”
شرکت AKHAN آزمایشات تشخیصی طولانی مدت COVID-19 را در اولویت قرار داده است. این شرکت همچنین انتظار دارد که تقاضا برای اجزای الماس Miraj خیلی زیاد شود. آنها گفته اند: “تقاضا به طور چشمگیری رشد خواهد کرد و ما آماده هستیم تا تولیدات خود را برای پاسخگویی به تقاضاها، به بیش از 10 میلیون قطعه در سال، گسترش دهیم.”
با توجه به اینکه بیش از 329 میلیون نفر در ایالات متحده زندگی میکنند، این سطح از تولید بسیار ضروری است. شرکت AKHAN امیدوار است که با تجاری سازی گسترده اجزای الماس، روشهای درمان و مراقبت از محیط را تسهیل کند.
چنانکه آزمایش جهانی یک شبه اتفاق نخواهد افتاد، تجاری سازی گسترده نیز یک شبه رخ نخواهد داد. به گفته AKHAN، OEM های تشخیصی موجود در سنسورهای زیستی، اولین دریافت کنندگان این اجزا هستند. این شرکت قصد دارد به محض رفع تنگناهای موجود و بازخوردهای خوش بینانه، فروش گسترده محصولات خود را ادامه دهد.
آیا قابلیت هدایت الماس نسبت به مس و سیلیکون انعطاف پذیرتر است؟
شرکت نیمه هادی AKHAN ادعا میکند که الماس Miraj میتواند طرح های نیمه هادی سنتی را بهبود بخشد. الماس Miraj با استفاده از فرآیند نیمه هادی 200 میلی متری تولید میشود. در این فرایند از گاز متان به عنوان ورودی استفاده شده که، منجر به تولید ویفر الماس میگردد.
فعال شدن متان از طریق توپ پلاسما، مرحله اساسی فرایند است. تأسیسات AKHAN همچنین برای نمونه سازی سریع به آزمایشگاه داخلی مجهز است.
این شرکت ادعا میکند نانو مواد الماس آن پنج برابر بیشتر از مس رسانا هستند. آنها همچنین گرما را 22 برابر بهتر از سیلیکون هدایت میکنند. برای دستیابی به همان عملکردی که در مواد سنتی دیده میشود، تنها چند دقیقه زمان لازم است. برای ایزوله کردن 10000 ولت، میزان الماس مورد نیاز پنج برابر کمتر از سیلیکون است.
تصویر زیر که با مجوز از نیمه هادی AKHAN گرفته شده، نیمه هادی الماس Miraj را نشان میدهد.
نیمه هادی الماس Miraj
شرکت AKHAN پیش بینی میکند که فراتر از آزمایشات COVID-19 ، نیمه هادی های الماس این شرکت در تمام صنایع صدا خواهند کرد. کاربردهای قابل توجه آن از جمله در ابر رایانه های سریع تر، رادارهای پیشرفته و ارتباطات از راه دور، وسایل نقلیه هیبریدی با بازده بسیار بالا، وسایل الکترونیکی در محیط های دور، هوافضا و اویونیک avionics یا الکترونیک هوایی نسل بعدی، خواهد بود.
رابرت کیم، همیار AAC، در مقالهای اشاره کرد که از بسیاری جهات، الماس به عنوان نیمه رسانای آینده، هنوز در حوزه نظری است. اما این مورد استفاده از الماس آزمایشگاهی AKHAN شاید کلیدی است که آزمایشات گسترده COVID-19 برای مدت طولانی در انتظار آن بوده است.
جدا از SiC و GaN، که به طور فزاینده ای در حال گسترش هستند، کدام یک از نیمه هادی های پهنای باند وسیع، بیشترین نوید را در ذهن شما میدهند؟ نظرات خود را در این سایت به اشتراک بگذارید.