Gleich um die Zeit, Mitte März, wenn der Lehigh University verschoben Fernbedienung lernen und die Forscher begannen Herunterfahren auf dem campus labs, Nelson Tansu, die Daniel E. ’39 und Patricia M. Smith Stiftungsprofessur, Professor im department of electrical and computer engineering (ECE), erhalten Sie eine E-Mail von Dr. Christopher röscher, Anästhesist am St. Luke‘ s University Health Network.
Roscher wusste, dass ein Mangel an N95-Masken, würden bei noch höheren Risiko der ärzte und Krankenschwestern behandeln COVID-19 Patienten. Als St. Luke ‚ s gearbeitet, die Erhöhung der Lieferung von unentbehrlichen persönlichen Schutzausrüstung (PSA), das Krankenhaus benötigt eine sichere und effektive Art und Weise zu verlängern, die Nutzung Ihrer bestehenden Stromversorgung. Roscher hatte, wurde die Durchführung eigener Forschung über die Verwendung von UV-Licht zur Dekontamination und vor der peer-reviewed Literatur in medizinischen Fachzeitschriften, die vorgeschlagen, dass in einer Pandemie-situation, unter Verwendung von UV-Licht könnte eine sinnvolle alternative sein, wenn mehrere Masken waren nicht verfügbar. Er fragte, Tansu, der auch der Direktor der Lehigh Zentrum für Photonik und Nanoelektronik (CPN) und Fellow der US-Nationalen Akademie von Erfindern (NAI), wenn er dachte, eine Lehigh-team helfen könnte.
„St. Luke‘ s, wie viele andere Krankenhäuser, versucht zu erhalten, was wir haben“, sagt Roscher. „Wir näherten uns dieser Idee verstehen, dass in einer idealen Welt würden wir haben eine neue Maske für jeden, der etwas braucht, aber die Realität der situation ist, dass wir sparen müssen.“
Tansu ist die Antwort auf die erste E-Mail war schnell: ja, er dachte, es getan werden könnte. In dieser Nacht, er und seine Kollegen diskutierten eine mögliche plan mit Roscher. Am nächsten Tag, er sammelte ein engagiertes team von Freiwilligen—Mitarbeitern und Studierenden aus dem CPN und Lehigh department of electrical and computer engineering (ECE), alle Praktizierenden der sozialen Distanzierung in Ihren eigenen Häusern.
„Wenn wir an Bord sind, dann können wir diese Idee in die Realität,“ Tansu sagte Sie. „Gemeinsam mit dem team der ärzte, die wir haben, um herauszufinden, eine Lösung, auf die wir bauen in unseren Werkstätten.“
Und das ist das, was Sie Taten. Durch eine innovative Zusammenarbeit über Zoom-meetings, Telefonaten und Hunderten von E-Mails und SMS-Nachrichten, Tansu, Roscher und Ihr team, absolvierte die Maschinenbau-Fertigung, und installiert das Gerät in 2,5 Wochen—, ohne jemals einen Fuß auf Lehigh campus oder ein treffen von Angesicht zu Angesicht.
Die high-throughput-UV-Sterilisations-system, jetzt im Einsatz bei St. Luke ‚ s, kann dekontaminieren 200 N95-Masken können Sie alle acht Minuten. Das system, formell unter der Bezeichnung „High-Throughput-Symmetrische und Nicht-Shadowing UV-Sterilisations-System“, aber was das team im St. Luke ‚ s hat den Spitznamen „Bug Zapper“ wegen seiner ähnlichkeit mit dem Insekt-Tötung-Gerät von Haus-und Wohnungseigentümer im buggy Hinterhöfen, „zappt“ der Masken mit UV-C-Licht. In diesem bestimmten Bereich von UV-Licht kann dazu führen, dass Veränderungen in der DNA-und RNA-Viren und andere Krankheitserreger, einschließlich der Corona-Virus, effektiv Sie zu deaktivieren. Das team angemeldet hat, zwei Patentanmeldungen, die im Zusammenhang mit der neuen Erfindung.
Ein „LEGO-Box“ – Lösung für den Mangel an Masken
Der „Bug Zapper“ ist ein großer, achteckig, Metallrahmen mit UV-Licht positioniert, in dessen Zentrum zu erreichen, symmetrische UV-C-Bestrahlung auf die N95-Masken. Ihre gezielte Kapazität von rund 3.000 N95-Masken pro Tag (200 Masken pro Exposition), aber St. Luke ‚ s-Waage kann bis zu 10.000 Masken pro Tag, wenn nötig.
Das Ziel, sagt Tansu, zu nutzen, um genügend UV-C-Licht zu Schäden, Viren und Bakterien, aber behalten Sie die Integrität des N95-Maske, die kann abgebaut werden, mehr über die Zeit erheblich, die durch Dampf oder Chemikalien. Mitarbeiter bei St. Luke ‚ s-monitor-Aufnahmen mit einem Gerät namens Dosimeter-radiometer, welche Maßnahmen die Menge an Licht, Bestrahlung, auf die die Masken ausgesetzt sind, und Sie kümmern sich um Ihre eigene Haut und Augen bei der Sterilisation der Masken.
Das team der ursprüngliche Entwurf war eine zylindrische Form, die für eine gleichmäßige Belichtung, aber dieser Ansatz würde erfordern, St. Luke ‚ s-Mitarbeiter individuell drehen jedes der 200 Masken 180 Grad auf halbem Weg durch die Exposition zu dekontaminieren jeder Seite, sagt Tansu.
Tansu ist die 8-Jahr-alten Sohn, Axel, trat das Projekt mit einem kritischen Beitrag auf das Gerät die hohe Durchsatzrate. Er schlug vor, dass das Gerät sollte haben eine achteckige Form statt, damit für St. Luke ‚ s-Mitarbeiter problemlos klappen Sie den Rahmen auf jeder der acht Seiten zum drehen der Masken, eher als drehen jede Maske einzeln.
„Das hatte dramatische Auswirkungen“, sagt Tansu.
Das endgültige design—eine wahre kooperative Bemühung war bereit in nur zwei Tagen.
„Jeder nur gehalten, aufbauend auf der Idee“, sagt Anthony Jeffers, ein Forschungs-Ingenieur in der CPN. „Es war wirklich cool. Wir waren auf der gleichen Ebene den ganzen Weg durch: niemand war ein Doktor oder ein Techniker oder so etwas. Wir waren nur dort, um zu versuchen, das problem zu lösen.“
Im bemühen um die Aufrechterhaltung sozialer Distanzierung Richtlinien und vermeiden, dass jemand in Gefahr, das team dann unterteilt das Projekt in einzelne Aufgaben bauen Sie das Gerät modular. Nachdem Sie bestimmt die Materialien, die Sie benötigen würden, die team-Mitglieder hatte der gelieferten Materialien, um Ihre Häuser, wo Sie arbeiteten, oft in Garagen, auf Ihre zugeordneten Komponenten, Abschluss Sie in weniger als fünf Tagen.
„Die ersten Mitarbeiter baute einen bestimmten Teil und der zweite Mitarbeiter gebaut, der zweite Teil“, erklärt Tansu. Was folgte, scherzt er, ausgesehen haben mag für einen Außenstehenden Beobachter wie illegale Aktivität: Jedes team-Mitglied fiel ein Teil an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit und blieb in seinem Auto über Sie zu Wachen aus der Ferne bis zum St. Luke ‚ s-Vertreter hob es auf.
„Dann nach, dass Sie montierten es aus wie ein LEGO-Kasten“, sagt Tansu.
St. Luke ‚ s biomedical engineer Jay Johnson arbeitete mit den Maschinisten zu montieren das Gerät im Krankenhaus. „[Jay war] eine wirklich entscheidende Komponente der translatorischen Stück“, sagt Roscher. „Im Grunde war er der Direktor, wenn Nelson und ich waren die Autoren [des Projekts].“
Mit der remote-Unterstützung von Tansu und sein team, das team an der St. Luke ‚ s-tests durchgeführt, um zu bestimmen, die entsprechende Dosis von UV-C Licht, als auch mikrobiologische tests, um zu bestimmen, das Gerät ist effektiv.
Dann waren Sie Weg und laufen—in Rekordzeit.
„Ich habe in diesem Bereich für eine lange Zeit als Ingenieur und Wissenschaftler“, sagt Tansu. „Normalerweise nehmen wir die Zeit von der Gestaltung ist es, die Optimierung der it, die Analyse weiter, indem Sie gemeinsam einen experimentellen plan, Erstellung, Prüfung und Verwendung. Dies ist eine sehr lange Zeit, in der Regel, vor allem in der Wissenschaft. Es kann Monate dauern. Aber dies ist eine der kürzesten Zeiten, die ich gesehen haben, von der Idee bis zur Ausführung von der Idee bis zur installation und dem testen und verwenden.“
Sagt Jeffers: „Jeder hatte nur ein kleines Stück davon. Und dann ist es aller Art kamen zusammen, am Ende. Tun es alle, ohne physisch in Kontakt mit jemandem—ich weiß nicht, wie oft das geschehen ist, in irgendetwas, um am Ende mit dem, was wir am Ende mit und keine zwei Menschen jemals zusammen an einem beliebigen Punkt. Es ist ziemlich genial.“
Jeder Beitrag zu diesem Projekt, sagt Tansu spielte eine zentrale Rolle für ein erfolgreiches Ergebnis. „Aus meiner Sicht, wenn wir nicht schon zwei oder drei von den Mitwirkenden in der Liste, kann das Projekt deutlich verzögert werden oder kann nicht rechtzeitig abgeschlossen werden“, sagt er. „Wir sind sehr glücklich, einen so engagierten team in diese Aufgabe in so kurzer Zeit.“
Neben Tansu und Jeffers, der Schlüssel der Teilnehmer auf der Lehigh team Theodore L. Bowen, Forschung Ingenieur in der ECE-Abteilung; Grant Reed, research engineer in der CPN; Renbo Song, wissenschaftlicher Leiter in der CPN; Ankhitha Manjunatha, Axel Y. Tansu und Adela Gozali Yose. Dr. Eric Tesoriero‘, auch Anästhesist, trat Roscher und Johnson bei St. Luke ‚ s. Alex Schiffman ’21, student in Lehigh Integrierten Business and Engineering (IBE) Honors Program und ein verwandter von St. Luke‘ s Kardiologe, und Svetlana Tatic-Lucic, professor of electrical and computer engineering und bioengineering, spielte eine Rolle bei der Verbindung Roscher und Tansu. Mitglieder der Fakultät in der CPN, darunter Jonathan J. Wierer, – Jr., associate professor für elektrische und computer engineering; Volkmar Dierolf, – professor und-Stuhl der Physik; und Sushil Kumar, associate professor für elektrische und computer engineering; und Ivan Biaggio, professor der Physik, der auch dazu beigetragen, die anfängliche Diskussion zu diesem Projekt.