Onze weg naar een gebruiksvriendelijke COVID-19 test
(22-11-2021)
Na een relatief rustige zomer, kwam er vorig jaar in oktober terug een zorgwekkende stijging van het aantal corona besmettingen. De tweede golf overspoelde ons land en luidde nieuwe drastische maatregelen in. Als wetenschapper ga je op zo’n moment op zoek naar manieren om, vanuit je eigen expertise, een maatschappelijke bijdrage te leveren. Zo dacht ook Peter Peumans, CTO Health van imec. Hij kwam op de proppen met een veelbelovend nieuw concept om het virus te detecteren in de uitgeademde lucht. Hier zag hij een unieke opportuniteit voor imec’s chiptechnologie: een silicon sieve, een soort minuscule zeef, zou de viruspartikeltjes in de uitgeademde lucht kunnen capteren. Die kleine zeef kan vervolgens gebruikt worden om met een zeer accurate en snelle PCR-test de aanwezigheid van het virus te detecteren. De resultaten van de eerste klinische studies waren meteen veel belovend: het leek mogelijk om het virus in uitgeademde lucht te vangen en detecteren. Om zeker te zijn dat de technologie ook in de praktijk werkbaar was, werden de onderzoeksgroep imec-mict-UGent en het imec.EDiT team erbij geroepen.
Nu, één jaar later, hebben we samen 30 klein- en grootschalige experimenten uitgevoerd in onze labo’s in De Krook te Gent. Tijdens deze experimenten combineerden we de expertise van experimenteel psychologen, product designers en ingenieurs om heel snel prototypes van de ademtest te bouwen en hier vervolgens mee te experimenteren met echte mensen. MacGyver-gewijs bouwden we verschillende test-setups in ons pop-up labo. Het doel was duidelijk: hoe kunnen we mensen op de meest gebruiksvriendelijke en efficiënte manier de ademtest laten afleggen?
Figuur 1: Pop-up labo in De Krook met (vlnr) Aduén Darriba Frederiks, Jelle Saldien, Wout Duthoo, Klaas Bombeke, Jonas De Bruyne en Nikte Van Landeghem.
We wilden eerst de blaascapaciteit van de mensen onderzoeken. Al snel bleek dat iedereen op een willekeurige manier blies in onze prototypes. Om er voor te zorgen dat we de blaasprestaties van onze proefpersonen beter zouden kunnen vergelijken en om een meer gestandaardiseerde blaastest te kunnen bouwen, werd het dus snel duidelijk dat we een feedbackmechanisme dienden te voorzien. We knutselden een dashboard in mekaar dat weergeeft wanneer, hoe hard en hoe lang je juist moet blazen.
Figuur 2: Een participant blaast in de proefopstelling met een variabele weerstand en krijgt feedback via het dashboard op het scherm.
Met deze eerste prototypes onder de arm konden we een aantal onderzoeksvragen te lijf gaan: welk volume en welke blaassnelheid zijn haalbaar voor de brede bevolking? Hoe hoog mag de weerstand, geïntroduceerd door de zeef om de adempartikels te vangen, precies zijn? Waar ligt de optimale balans tussen efficiëntie en comfort?
Daarnaast keken we ook hoe we specifieke doelgroepen zoals kinderen konden motiveren en begeleiden om de blaastest correct uit te voeren. Hiervoor pasten we onze software aan: een geanimeerd feedbacksysteem op kindermaat, met de instructie om een piratenschip hard genoeg vooruit te blazen zodat het schip de schatkist op het eiland kan bereiken.
Figuur 3: Een kind wordt via een geanimeerd verhaal gemotiveerd om voldoende volume lucht tegen de juiste snelheid in ons prototype te blazen.
Naarmate we beter controle kregen over de manier waarop we mensen konden laten blazen, merkten we ook verschillen op in de klinische resultaten die we nader moesten onderzoeken. Zo bleek de test meer virus te detecteren wanneer men mensen liet ‘vocaliseren’. Met behulp van een spectrometer konden we bevestigen dat er inderdaad veel meer aerosolen (en dus ook virusdeeltjes) in de uitgeademde lucht aanwezig zijn wanneer we onze proefpersonen bepaalde geluiden lieten produceren tijdens het uitblazen. Dit leidde tot een aantal nieuwe onderzoeksvragen: hoe kunnen we mensen laten vocaliseren terwijl ze nog voldoende blaassnelheid produceren? Hoe kunnen we hier de balans tussen comfort en efficiëntie verzekeren? Hoe kunnen we verzekeren dat er zoveel mogelijk partikels door de miniscule zeef geblazen worden?
Andere experimenten toonde dan weer aan dat ook de vorm en materiaal-eigenschappen van het monstuk een zeer grote invloed hebben op het aantal aerosolen dat we kunnen meten. Wat dan weer tot de vraag leidt of dit een impact kan hebben op een nog beteren captatie van de virusdeeltjes.
Door zeer iteratief en interdisciplinair in team te werken slaagden we er op korte tijd in om zowel fundamenteel als zeer hands-on problemen op te lossen en nieuwe inzichten te verkrijgen. Die uiteindelijk bijgedragen hebben tot een nieuwe ademtesttechnologie die binnenkort door miDiagnostics op de markt zal worden gebracht.
Figuur 4: Het eerste Minimal Viable Product (MVP) dat nu verder ontwikkeld wordt voor gebruik in de markt.
Hopelijk kunnen we zo de verspreiding van het SARS-CoV-2-virus in de toekomst een halt toe roepen. En daar hoeft het niet bij te stoppen, deze aanpak en technologie zou ook gebruikt kunnen worden om andere virussen of ziektes als longkanker vroegtijdig en gemakkelijker te detecteren via de uitgeademde lucht.
Dit project werd mogelijk gemaakt door de intense samenwerking tussen de verschillende imec groepen en met steun van de Vlaamse Overheid.
Gerelateerde artikels: