A Covid-19 valósidejű lélegzetelemzéssel történő kimutatása átmeneti időszakos engedélyt kapott
Ipari vezérléstechnika a nyomgázelemzésben
A tömegspektrométerekre szakosodott, Ionicon nevű osztrák vállalat termékeit számos országban használják különféle alkalmazásokban, különösen az orvosi kutatásban. Szingapúrban egy ilyen, a Beckhoff megbízható és hosszú távon rendelkezésre álló vezérléstechnikájára épülő rendszerrel áttörést értek el: a berendezés átmeneti időszakos engedélyt kapott Covid-19 kimutatására.
A PTR-TOF (Proton Transfer Reaction Time-of-Flight) rendszerű tömegspektrométerek nem invazív nyomgázelemzésre szolgáló, kifinomult eszközök. Az Ionicon állítása szerint e rendszerek a valósidejű lélegzetelemzés de facto szabványává váltak, köszönhetően annak, hogy nagy mennyiségű információt – másodpercenként egy teljes rögzített spektrumot – szolgáltatnak, valamint nagy az érzékenységük és tömegfelbontó képességük. A kilélegzett levegőben lévő illékony szerves vegyületek (VOC – Volatile Organic Compound) elemzése az elmúlt években egyre fokozottabban kutatott területté vált. A tüdőhólyagok vér-levegő gátján végbemenő gázcsere során szén-dioxid kerül a belélegzett levegőbe, és oxigént vesz fel a szervezet. Ez a gázcsere megy végbe a felhasznált vagy korábban belélegzett (exogén) illékony anyagcsere-végtermékek (endogén vegyületek) vagy VOC-összetevők esetében is. A kilélegzett levegőben lévő VOC-vegyületek mintavételezése egyszerű, gyors és nem invazív. A valósidejű lélegzetelemzés a kilélegzett levegő közvetlen, mintaelőkészítés nélküli analízisét jelenti. Teljes légzési ciklusok rögzítésével mind a légzésvégi, mind a belélegzett (szobahőmérsékletű) gázkoncentráció megmérhető, mindkettőről könnyen kinyerhetők információk szoftverrel. Így azonnali eredményeket kapunk, és elkerülhetők a mintagyűjtésnél, illetve -tárolásnál gyakran előforduló bonyodalmak. Ezenfelül az instabil, gyorsan lebomló vegyületek mérésének talán egyetlen lehetséges módja a valósidejű elemzés.
Gyors és nem invazív vizsgálat Covid-19 kimutatására
A szingapúri Breathonix nevű induló vállalkozás klinikai kísérleti vizsgálat keretében bemutatott egy lélegzetelemzésen alapuló koronavírus-tesztelési eljárást – az Ionicon szerint impozáns eredménnyel. A Covid-19 fertőzést egy percen belül kimutató, könnyen használható lélegzetelemző megkapta a szingapúri Egészségtudományi Hatóság (HSA) átmeneti időszakos engedélyét és a malajziai Egészségügyi Minisztérium engedélyét is. A végcél a lélegzetelemző bevezetése repülőtereken, tengeri kikötőkben és szállítási csomópontokban, emellett beválhat sportrendezvényeken és nagyobb eseményeken, például olimpiákon is.
Az új vizsgálati eljárás rendkívül pontos analitikai berendezését az Ionicon fejlesztette ki. Lukas Märk elnök-vezérigazgató erről a következőket nyilatkozta: „Az új Covid-19 lélegzetelemző saját PTR-TOF rendszerű nyomgáz-analizátorainkon és az általunk kifejlesztett speciális lélegzet-mintavevő rendszereinken alapul. Eszközeink valós időben gyűjtik a mérésadatokat, amelyeket azután tudósok vizsgálnak speciális szoftverrel.” Az adatok alapján ázsiai kutatók ki tudták mutatni a Covid-19 betegséget jelző biomarkereket. A kilélegzett levegőben a VOC-vegyületek igen kis koncentrációban vannak jelen. „A vizsgálathoz szükséges lélegzet-mintavételezés egyszerű. A nehéz feladat a VOC-vegyületek kimutatása és osztályozása. Analizátoraink egyetlen kilégzésből egyidejűleg több száz VOC-vegyületet képesek megmérni” – fejtette ki Lukas Märk. A mérési eredmények gyors és pontos kiértékelésével egy percen belül megállapítható, hogy a vizsgált személyben jelen van-e a SARS-CoV-2 fertőzés. Egy kísérleti klinikai vizsgálatban a módszer 90%-ot meghaladó pontosságot ért el. A Breathonix a szingapúri Egészségügyi Minisztériummal (MOH) együttműködve teszteli a technológiát egy beléptető ponton, ahol az érkező utasokat ezzel a rendszerrel szűrik. A lélegzetelemző rendszerrel már három különböző helyen végeztek klinikai vizsgálatokat: Szingapúrban a fertőző betegségek országos központjában és a Changi Repülőtéren, a harmadik kísérleti vizsgálatot pedig Dubaiban hajtották végre, együttműködésben a Dubaji Egészségügyi Hatósággal és a Mohammed Bin Rashid Orvostudományi és Egészségtudományi Egyetemmel.
Univerzális, PC- és EtherCAT-alapú vezérléstechnika
Az Ionicon analitikai rendszerei PTR-TOF elven működő tömegspektrométerek. Ezek a gázfázisú mintát egy beviteli rendszeren keresztül egy reakciókamrába juttatják, ahol ionizálják a minta molekuláit. A létrehozott ionokat elektromos terekkel gyorsítják, majd az ionokat egy repülési út végén egy detektor kimutatja. A repülési idejük alapján azonosított ionokból meg lehet állapítani a minta összetételét. Stefan Haidacher, az Ionicon vezető villamosmérnöke így részletezte a PC- és Ethernet-alapú vezérléstechnikát: „Tömegspektrométereink a molekulákat ionizáló és detektáló vákuumrendszerből, vákuumot előállító szivattyúkból, az elektromos terek előállításához szükséges pontos tápegységekből, a beviteli és kalibráló rendszer áramlás- és nyomásvezérlőiből, valamint az ionokat detektáló ultragyors elektronikából állnak. Ezeket a rendszerelemeket egy Intel Atom® processzort tartalmazó, CX5020 típusú beágyazott PC vezérli és figyeli, amelyen a TwinCAT-alapú vezérlőszoftverünk fut. A rendszer alapvető paraméterei egy CP2907 típusú, többérintéses beépített kezelőpanelen keresztül jeleníttethetők meg, illetve állíthatók be, felhasználóbarát módon és hatékonyan. Ez a kezelőpanel 7-hüvelykes képernyőfelülettel és DVI/USB Extended csatlakozóval rendelkezik.” A be-kimeneti egységek szintjén található többek között az EL6022 típusú EtherCAT terminál, amely két soros adatátviteli csatlakozón keresztül biztosítja a kommunikációt a különféle rendszerelemekkel, például a nagy vákuumot előállító turbószivattyúkkal. Az EK1122 típusú kétportos EtherCAT csomóponti modul gyors adatátvitelt biztosít a többi EtherCAT eszköz, például az áramlás- és nyomásvezérlők felé. Stefan Haidacher hangsúlyozta az ultragyors adatátvitel fontosságát: „Új fejlesztéseinkben egyre gyakrabban használjuk rendszerbuszként az EtherCAT-et, különösen időkritikus vezérlési feladatok esetén.”
A vezérlőegység egy 19 hüvelykes házban foglal helyet, amely további Beckhoff EtherCAT terminálokat, IP67 védelmi fokozatú EtherCAT Box-modulokat, valamint további sorkapcsokat, biztosítékokat és reléket is tartalmaz. Feladata a rendszerelemek tápellátása és vezérlése. Ezek közé tartozik az ionizációs kamra hőmérséklet-szabályozása, a vákuumos nyomásmérő cellák mérésadatainak gyűjtése, valamint a szelepek vezérlése. Az Ionicon tömegspektrométerei különféle változatokban és az adott felhasználási területhez igazított felszereltséggel kaphatók. A Covid-19 alkalmazáshoz a PTR-TOF 1000 típusú eszköz egy C6920 típusú, vezérlőszekrénybe szerelt ipari PC-t tartalmaz. Stefan Haidacher a rendszer előnyeit magyarázva kiemelte: „Működés közben a rendszerünk folyamatosan nagy adatmennyiségeket állít elő, amelyeket általában külső PC-n vagy táblagépen rögzítenek és értékelnek ki. A Covid-19 alkalmazásnál fokozott elvárások vannak az adatgyűjtő rendszer stabilitásával és biztonságával, valamint a rendszerelemek hosszú távú rendelkezésre állásával szemben. A C6920 rendelkezik a szükséges jellemzőkkel, és rendszereinkbe integrálva jobban kézben tartható vele a teljes elrendezés. A Beckhoff ipari PC-i eddig a megbízhatóság és a hosszú távú rendelkezésre állás terén is nagyon jól szerepeltek. Ehhez társul a Beckhoff innsbrucki értékesítési irodája által nyújtott kiváló támogatás: a Georg Hampel vezette iroda 2007 óta naponta konzultál az Ionicon céggel a »New Automation Technology« (Új Automatizálási Technológia) koncepció előnyeiről.”
Ipari vezérléstechnika a nyomgázelemzésben
