نیمه هادی الماس در 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 می­ توانند 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. فرآیندهای نیمه هادی الماس AKHAN شامل پلاسمای مایکروویو و فیلِمان گرم CVD را که برای کاربردهای الکترونیک، حرارتی و اپتیک استفاده می شود.

اینجا ببینید: آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی با 30 درصد تخفیف و اعطای مدرک معتبر از سازمان فنی و حرفه ای کل کشور

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 می­ کند. به گفته AKHAN، ماده فوق رسانا بسیاری از مسائل موجود در رابطه با مقیاس پذیری، قیمت گذاری و سرعت آزمایش را حل خواهد کرد.

نیمه هادی الماس : آیا Bio-FET می­ تواند نتایج آزمایش کووید 19را در چند ثانیه ارائه دهد؟

شرکت AKHAN فناوری مواد خود را بعنوان یک پایه اتصال در اپلیکیشن­ هایی، می­ داند که از ترانزیستورهای اثر میدانی بیوسنس (Bio-FET) استفاده می­ کنند. 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 گِیت­ های فلزی سنتی را با محلول های الکترولیت جایگزین می­ کنند.

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 می­ کند. 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.

در حالی که آزمایش های سریع دیگر برای COVID-19 می ­توانند 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 می­ کند.

نیمه هادی الماس : 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 می­ کند که اجزای Miraj با یک هزارم ضخامت نسبت به دیگر راه حل های رقابتی به این هدف می­ رسند.

با این حال، ادغام فن آوری اصلی با مشکلاتی همراه بود. مدیرعامل شرکت AKHAN توضیح می­ دهد 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 می ­دهد. 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.

افراد حرفه ای باید در بین آزمایشات اجزای دستگاه را استریل کنند. اجزایی که از الماس تهیه شده اند، می­ توانند 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.

چشم انداز شرکت AKHAN در استفاده از نیمه هادی الماس برای تشخیص کووید 19

شرکت AKHAN می­ گوید مواد آنها که از الماس درست شده، ولتاژها را با سهولت ایزوله می­ کند و این امر برای آزمایشاتی که بسیار پر کاربرد هستند، مفید می باشد. شرکت AKHAN همچنین اظهار داشت که نیمه هادی های الماس با حداقل 90٪ کارایی بیشتر از راه حل های جایگزین کار می­ کنند. نکته کلیدی در اینجا حفظ میزان نیرو است.

شرکت های نیمه هادی دیدگاه خود را برای یاری رسانی در مقابله با COVID-19  تغییر می­ دهند. شیوع COVID-19 در مقیاس وسیعی بر تولید نیمه هادی­ ها تأثیر گذاشته است. بسیاری از شرکت ها فعالیت های 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 می­ کنیم تا 3 سال آینده 50٪ از حجم تولید ما به سوی دستگاه های 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 می­ کنند، این سطح از تولید بسیار ضروری است. شرکت AKHAN امیدوار است که با تجاری سازی گسترده اجزای الماس، روش­ های 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 می­ کند که الماس Miraj می ­تواند طرح های نیمه هادی سنتی را بهبود بخشد. الماس Miraj  با استفاده از فرآیند نیمه هادی 200 میلی متری تولید می­ شود. در این فرایند از گاز متان به عنوان ورودی استفاده شده که، منجر به تولید ویفر الماس می­ گردد. 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 می­ کند نانو مواد الماس آن پنج برابر بیشتر از مس رسانا هستند. آنها همچنین گرما را 22 برابر بهتر از سیلیکون هدایت می­ کنند. برای دستیابی به همان عملکردی که در مواد سنتی دیده می ­شود، 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 می­ دهد.

شرکت AKHAN پیش بینی می­ کند 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 كیم، همیار AAC، در مقاله­ هایی اشاره كرد كه 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.

جمع بندی و نتیجه گیری

در این مقاله تاثیر نیمه هادی الماس در تشخیص کووید 19 را بررسی کردیم. با استفاده از این نیمه هادی ها امید است که بتوان زمان تشخیص را به زیر 15 ثانیه کاهش داد. در ابتدای شیوع ویروس کرونا شناخت دقیقی از این ویروس وجود نداشت و بنابراین پیچیدگی هایی در تشخیص و درمان آن وجود داشت. حتی برخی کیت های تست اولیه تا 24 ساعت زمان نیاز داشتند تا آلودگی به کووید 19 را آشکار کنند. امروزه این زمان به حدود 15 دقیقه نیز کاهش یافته و امید است با استفاده از نیمه هادی الماس این تشخیص به زیر 15 ثانیه برسد.