Φορητή συσκευή ανάλυσης αναπνοής υπόσχεται πρώιμη διάγνωση νοσημάτων

Η ανάλυση του τρόπου αναπνοής θεωρούνταν κάποτε μία φουτουριστική διαγνωστική πλατφόρμα. Οι έρευνες σε αυτό τον τομέα έχουν προσελκύσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον επειδή η ανάλυση της αναπνοής είναι μία μη επεμβατική και χαμηλού κόστους μέθοδος. Μεταξύ των κρισιμότερων προκλήσεων σε αυτό τον τομέα είναι η ανάπτυξη επαρκώς ευαίσθητων αισθητήρων.

Κορεάτες επιστήμονες έχουν αναπτύξει σήμερα αισθητήρες υψηλής ευαισθησίας για πρώιμο εντοπισμό διαφόρων νοσημάτων με βάση αέρα βιολογικών δεικτών στην αναπνοή.

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Dr I.D. Kim στο Τμήμα Επιστήμης Υλικών και Μηχανικής του Advanced Institute of Science and Technology της Κορέας, έχει αναπτύξει υψηλής ευαισθησίας και επιλεκτικούς ημιανθεκτικούς αισθητήρες που μπορούν δυνητικά να διαγνώσουν συγκεκριμένα νοσήματα αναλύοντας τα αέρια της εκπνοής. Οι αισθητήρες αναπτύχθηκαν με το συνδυασμό νανοκαταλυτών πρωτεϊνικής βάσης με νανοκατασκευές ηλεκτρικής εκπομπής μεταλλικών οξειδίων, που διαθέτουν μεγάλη και πορώδη επιφάνεια και επομένως, επιτυγχάνουν υψηλή ευαισθησία.

Η ανθρώπινη αναπνοή αποτελείται από διαφορετικά συστατικά, συμπεριλαμβανομένων υδρατμών, υδρογόνου, ακετόνης, τολουενίου, αμμωνίας, υδρόθειου και μονοξειδίου του άνθρακα, με μεγαλύτερη ή μικρότερη ποσότητα να εκπνέεται σε περίπτωση νόσου. Ορισμένα από αυτά σχετίζονται στενά με νοσήματα όπως άσθμα, καρκίνος των πνευμόνων, διαβήτης τύπου Ι και χαλίτωσης.

Η ανάλυση της αναπνοής ξεκινά με τη σύλληψη εκπνεόμενου αέρα σε μία σακούλα Tedlar και την επακόλουθη έγχυση των συγκεντρωθέντων αερίων σε ένα μικροσκοπικό σύστημα αισθητήτων, παρόμοιο με ένα μετρητή αλκοόλ. Είναι δυνατή η ανάλυση της εκπνοής ταχύτατα με μία απλή διαδικασία. Η ανάλυση της αναπνοής μπορεί να εντοπίσει απειροελάχιστες αλλαγές στα συστατικά του εκπνεόμενου αέρα, συμβάλλοντας σε μία πρώιμη διάγνωση της νόσου. Ωστόσο, τα αέρια της αναπνοής εντοπίζονται σε πολύ χαμηλά επίπεδα, από 1 ppb έως 1 ppm, επομένως χρειάζονται εξαιρετικά ευαίσθητοι αισθητήρες για μετρήσεις ακριβείας. Συγκεκριμένα, αποτέλεσε μία πρόκληση για ημιανθεκτικούς χημικούς αισθητήρες να εντοπίσουν επιλεκτικά συγκεκριμένους βιολογικούς δείκτες.

”Νέοι τύποι ετερογενών νανοκαταλυτών συντέθηκαν χρησιμοποιώντας πρωτεϊνικές βάσεις μεγέθους περίπου 2nm και λειτούργησαν σε διαφορετικά στρώματα ανίχνευσης με νανοΐνες μεταλλικών οξειδίων. Οι καθορισμένες σειρές αισθητήρων μπορούν να ανιχνεύσουν βιολογικούς δείκτες με υψηλή ευαισθησία και επιλεκτικότητα. Η νέα και καινοτόμος πλατφόρμα ανάλυσης αναπνοής θα βοηθήσει ιδιαίτερα στη μείωση των ιατρικών εξόδων και τη συνεχή παρακολούθηση ιατρικών νοσημάτων”, αναφέρει ο Dr I.D. Kim.

Συμβατικά, χρησιμοποιείται λευκόχρυσος και παλλάδιο στην ανάπτυξη των καταλυτών. Ωστόσο, η ευαισθησία είναι ανεπαρκής. Οι αισθητήρες στην παρούσα μελέτη ήταν ειδικά βελτιστοποιημένοι για επιλεκτικό εντοπισμό συγκεκριμένων βιολογικών δεικτών. Η απόδοσή τους ήταν περίπου 3-4 φορές καλύτερη σε σχέση με αισθητήρες νανοϊνών με καταλύτες λευκόχρυσου και παλλαδίου. Συγκεκριμένα, η ευαισθησία τους στην ακετόνη και το υδρόθειο ήταν η υψηλότερη που έχει αναφερθεί στη βιβλιογραφία.

Πηγή: DT Asia Pacific, Vol. 15, No. 9, 2017