Elvesys 使用 NI 資料擷取硬體與 LabVIEW 軟體打造全球最快的病菌偵測系統

 Read in  |   Print

"我們需要高準度、高精度、高速的擷取作業。 我們從開發初期便使用 NI 的硬體,也是有賴於 NI 提供的價格與定價政策,我們最終出貨的產品才得以納入這張資料擷取卡。 這項優勢有助於降低開發成本。"

- Dr Maël Le Berre, CTO and Cofounder, Elvesys

The Challenge:
全民健康的重大危機不再是末日小說或好萊塢電影才有的情節。 現在的世界由於人口不斷成長、交通便利,使得伊波拉病毒與炭疽桿菌等病菌較以往更具威脅、更容易傳播。 建立能夠迅速做出可靠診斷的偵測方法,將有助於拯救生命。

The Solution:
法國小型新創公司 Elvesys 積極研究病菌偵測,使用 NI 資料擷取硬體與 LabVIEW 軟體打造全球最快的病菌偵測系統,藉此壓低病人的診斷成本。

Author(s):
Dr Maël Le Berre, CTO and Cofounder - Elvesys
Dr Guilhem Velvé Casquillas, CEO and Cofounder - Elvesys

 

克服重大挑戰、擊退傳染病毒

時間與準確度是有效偵測病菌的關鍵要素。 因此,國家工程學院將健康資訊學的研究視為 21 世紀一項重大的工程挑戰。 迎向這項重大挑戰的主要動機,是改善對公共健康危機 (例如大型傳染病、化學物質與生化武器) 的準備工作與因應方法。

 

打破記錄、挽救生命

目前病菌偵測系統仍須大量時間與昂貴設備,才能得到準確、可靠的測試結果。 預防伊波拉與炭疽桿菌等危險病菌的爆發,可以說是分秒必爭。

因此 Elvesys 開發了 Fastgene 這項全球最快的病菌偵測技術,只須一滴血或唾液,便能偵測出所有病原體。 藉由 Fastgene,醫療人員便只需 6 分鐘就能偵測伊波拉病毒,而偵測炭疽桿菌也只需 7 分鐘, 比目前最好的技術各自快上了 7 倍與 14 倍。 這不但幫助病人省下了診療時間,還大幅減少因接觸而致的大規模傳染。

 

圖 1. Fastgene 病菌偵測技術

 

技術

Fastgene 採用 Elvesys 的微流體技術。 微流體技術由微電子學衍生而來,能夠精確控制流體樣本。 藉著將樣本的尺寸縮小至一滴血或唾液,便能在單一的「晶片實驗室」上執行多個診斷作業。 Fastgene 晶片實驗室的病菌偵測技術能夠迅速複製 DNA 的特定部分,藉此增加現存樣本的數量,使偵測病菌比以往更加容易。

微流體平台的主要有三個成功關鍵:微流體樣本管理系統、螢光標記偵測與量測系統,以及監控全程的軟體介面。 DNA 增加之後,樣本內的總病菌數量則由各個複製 DNA 的螢光標記決定。

由於 DNA 增加的速度很快,因此螢光標記偵測系統必須保持一定速率,卻又不犧牲準確度。 為了達到此目標,Elvesys 採用 NI USB-6003 低成本、多功能的 DAQ 介面卡創造了客制化的螢光標記讀取機,並在 Elveflow 旗下推出上市。 將複雜實驗的規模縮小需要具備 100 kHz 擷取速度的軟體整合硬體,以及 16 位元的解析度,這樣才能在高背景雜訊的情況下偵測 DNA 的微小變化、準確計算 DNA 樣本數量。

 

圖 2. Elvesys 選用 NI DAQ 硬體的原因在於準度、精度、擷取速度與成本

 

Elvesys 使用 LabVIEW 軟體與 950 種以上的內建分析功能來提升精度與速度,並大幅縮短開發時間。 即便螢光標記讀取機的自動化作業、DNA 偵測與資料分析的功能極為複雜,Elvesys 仍打造出 LabVIEW 使用者介面來簡化現場作業。

 

圖 3. 完美整合的 NI DAQ 硬體與 LabVIEW,可用於監控 Fastgene 系統並大幅縮短開發時間。

 

使用 LabVIEW 與 NI 資料擷取縮減開發時間

雖然 Elvesys 的團隊小至只有 20 個人,但他們透過 Elveflow,便讓開發 Fastgene 病菌偵測系統所用的技術得以面市。 對於這間高度創新的新創公司而言,在面對開發週期縮短、外部資金欠缺的情況時,便須在專業的開發環境中擁有可執行程式設計、完全客制的 DAQ 硬體,而這也是此產品與 Elveflow 其他儀器成功的關鍵。

Elvesys 的病菌偵測系統從設計、開發、再到原型製作,只花了不到兩年的時間,法國中央採購局 (SAE) 也因此注意到了 Elvesys。 SAE 後來還委託 Elvesys 開發另一套可佈署於法國軍隊的原型系統,以便執行現場操作。 此套原型除了用來保護軍隊與市民,其主要應用還是在看診期間為病人執行快速、低成本的診斷。

Elvesys 因為使用了最先進的微流體技術與 NI 穩定的量測系統,而贏得法國政府頒發的世界創新挑戰大獎。

 

圖 4. Elveflow 現為微流體科學儀器的領導品牌。

 

Author Information:
Dr Maël Le Berre, CTO and Cofounder
Elvesys
France

Bookmark and Share


Explore the NI Developer Community

Discover and collaborate on the latest example code and tutorials with a worldwide community of engineers and scientists.

‌Check‌ out‌ the‌ NI‌ Community


Who is National Instruments?

National Instruments provides a graphical system design platform for test, control, and embedded design applications that is transforming the way engineers and scientists design, prototype, and deploy systems.

‌Learn‌ more‌ about‌ NI