【硬核】用开源硬件打一场冠状病毒歼灭战

由于在短时间内还无法研发出冠状病毒特效药或疫苗，所以就全靠人类自身的免疫力（抗体细胞）来对抗冠状病毒。不过这些抗体细胞需要外部助力才行。因此，现在对抗冠状病毒的主要手段（不包括口罩，口罩不算设备）就是检测和辅助呼吸。 对抗冠状病毒的第一步需要尽可能多，尽可能快地找出被感染的人，这就需要大量的检测设备，如果已经确诊，就需要考病人自己的免疫力来对抗冠状病毒了，不过在对抗冠状病毒的过程中，由于肺部细胞被冠状病毒攻击，病人可能在一定时间内部分或全部丧失呼吸能力，所以就需要辅助呼吸设备，也就是我们常说的呼吸机。因此，现在世界各国争夺的也就这两类设备：冠状病毒检测设备和呼吸机。所以本文将就这两类设备给出一些开源的解决方案，也许这些解决方案会成为那些医疗资源不足的机构和国家的新大陆。

 

1. 概述

首先，全球的硬件开发人员正在努力使用开放源代码解决供应链中的弱点，在过去30年中，这种哲学推动了新软件技术的泛滥。 以前成功的硬件运动包括RepRap项目，开源生态和开源蜂箱，这些成功的案例足以证明使用开源硬件对抗冠状病毒是可行的。

 

有很多极客和创业者使用3D打印机和其他技术按需制造安全设备的替换零件，他们对做这样的事乐此不疲。例如，香港理工大学实验室为医院工作人员提供3D打印面罩。 意大利初创公司Isinnova与米兰FabLab合作，为遭受重创的意大利北部医院的呼吸机提供3D打印的替换阀。这些公司还发布了很多私人定制的设计，例如Materialise的3D打印免提开门器。这些更换零件和解决问题的案例是一个很好的起点，似乎正在挽救生命。

 

另一种传统的硬件技术也正在加速发展，这就是缝纫机。 据法新社报道说，由于新冠病毒在全球爆发，各国急需大量口罩。世界卫生组织也就其重要性提供了指导。但由于大多数国家的口罩生成出现了问题，所以很多国家的医护人员以及平民开始自己制作口罩，当然，很多人使用的就是自己家里的缝纫机。

 

开源硬件设备和机械项目也越来越受欢迎。 首先，有先进且功能强大的测试设备。 其次，对于没有其他选择的方案，开源硬件可能是最好的选择，因为开源硬件可以按需定制，就像3D打印机一样，想做什么就做什么。下面会介绍一些典型的开源硬件抗击冠状病毒的故事。

 

从数据显示，现在的情况变得越来越糟，有一些国家已经进入了战时状态，这是自第二次世界大战以来头一次进入这种状态。其实这的确是一场战争，或者称为第三次世界大战。和前两次世界大战不同的是，这次并不是国家直接的互相对抗，而是人类与病毒之间的对抗，面对人类共同的敌人：病毒，人类应当竭尽全力，采用无所不用其极的方式对抗它。就像希波克拉底誓言说的那样：“无论我做什么，我都不想让问题变得更糟。”作为对策，世卫组织执行主任迈克尔·赖安博士发表了这样的评论：“速度胜过完美”。

 

下面就让我来解释哪些开源硬件或项目参与了这次战争：

 

Opentrons公司和它的开源硬件

 

Opentrons的开放源实验室自动化平台包括一套开源硬件，经过验证的实验室设备，消耗品，试剂和工作站。 Opentrons公司表示，该产品每天可以自动进行2400次的新冠病毒的检测， 该公司计划在2020年7月1日之前增加多达100万个测试样本。

 

下面是100万测试样本在15周完成的案例

 

Opentrons公司已经与联邦和地方政府机构合作，以确定其系统是否可以在紧急使用授权下用于临床诊断。 Opentrons在Apache 2.0许可下共享。

 

Chai的开源qPCR

 

Chai的开源QPCR设备使用PCR快速检测表面（例如门把手和电梯按钮）上的拭子（是指绕在小棍一端的一小团有吸收能力的材料【如棉花】），以查看是否存在新型冠状病毒。也就是先用拭子擦一擦门把手、电梯按钮等经常被人触碰的物体，然后对拭子进行检测。

这套检测设备使用了Apache 2开源协议，以及低功耗的BeagleBone Linux计算机（ https://beagleboard.org/linux)。Chai开源qPCR提供的数据可以使公共卫生，公民和企业领导者做出有关清洁，缓解，设施关闭，接触追踪和测试等更明智的决策。

 

QPCR的英文全名是Real-time Quantitative PCR Detecting System，即实时荧光定量核酸扩增检测系统，也叫实时定量基因扩增荧光检测系统，简称QPCR。

 

什么是Chai

 

前面提到了Chai（ https://www.chaibio.com），那么Chai是什么呢？Chai是一家提供开源生物技术和设计方案的公司，Chai的口号是：生物技术的强大力量仅仅受限于使用它的工具，而我们将为所有人提供操纵这种力量的工具。

 

 

用OpenPCR设备实时检测野外冠状病毒

 

OpenPCR是由Chai Open qPCR的创始人Josh Perfetto和Jessie Ho创建的PCR测试设备套件。 与传统的设备相比，这更像是一种DIY开源设备，但他们的功能相同，都可以通过对环境的检测来识别野外冠状病毒。 正如该项目页面所指出的那样：“能够检测这些病原体的传统实时PCR机通常花费超过30,000美元，而且不适合在现场使用”。 由于OpenPCR是用户构建的工具包，并且根据GPLv3.0开源协议，所以该设备可以将使分子检测技术平民化。

 

就像任何优秀的开源项目一样，OpenPCR也有一个衍生产品！ 瑞士GaudiLabs的WildOpenPCR也根据GPLv3.0许可进行共享。

 

PocketPCR（手持光状病毒检测设备）

 

Gaudi实验室的PocketPCR热循环仪用于通过升高和降低小型试管中液体的温度来激活生物反应。 它可以通过简单的USB电源适配器供电，该适配器可以绑定到设备上，也可以单独使用，使用预设参数时并不要求与计算机或智能手机连接。这款移动设备整机售价大概99欧元。

与本文所述的其他PCR设备一样，此设备可能有助于对冠状病毒进行环境测试，尽管其产品页面并未明确说明。 PocketPCR也是在GPLv3.0许可下共享的。

 

开源呼吸机

 

开源呼吸机是一种快速部署的呼吸机，它利用袋式阀罩（BVM）（也称为Ambu袋）作为核心组件。 Ambu袋已批量生产，经过认证，体积小，机械简单，并且适用于侵入性导管和口罩。 开源呼吸机将使用微电子技术来感测和控制气压和流量，以实现半自主运行。

 

这款呼吸机是一个早期项目，拥有一支由数百名贡献值组成的大型团队，领导者包括：Colin Keogh，David Pollard，Connall Laverty和Gui Calavanti。该项目使用GPLv3.0许可证共享。

 

Pandemic呼吸机

 

  Pandemic呼吸机是一款DIY呼吸机的原型。 与RepRap项目一样，它在设计中使用常用的硬件组件。 该项目由用户Panvent于10年前上传到Instructables，并且有六个主要步骤来生产它。 该项目根据CC BY-NC-SA许可证共享。

 

 

Low-Cost Open Source Ventilator（PAPR）

 

这仍然是一款开源的呼吸机，读者可以到github下载相关文件。这款呼吸机的描述如下：

• 可编程的，例如，可以通过编程控制呼吸速率
• 风机理论上可以达到45cmh2o的气道峰值压力，超过20cmh2o可能很危险
• 不能调节吸入气中的氧浓度分数（FiO2，Fraction of inspiration O2）。 但是，通过O2罐的下游连接可以通过手动流量调节来提高O2浓度。
• 该设备在许多方面存在严重不足，但在医疗条件不足，缺乏必要的专业设备时，PAPR有限的功能也许会增加病人活下来的概率。

 

OK，本文介绍了一些与生物技术和冠状病毒相关的开源设备，尽管这些设备无法与专业且昂贵的医疗设备相比，但在医疗资源已经接近崩溃的情况下，也许会成为对抗冠状病毒的一支新的力量。但愿人类早日战胜冠状病毒，让人类文明重回正轨！