Компактный электронный нос для выявления заболеваний легких человека
                Электронная носовая матричная плата с восемью датчиками. Предоставлено: Соня Фредди и др./Advanced Healthcare Materials.

Исследователи из России и Италии предложили компактную сенсорную систему, которая может реализовать функциональность электронного носового устройства, и разработали воспроизводимую технологию для его изготовления. Устройство представляет собой гибкую электронную платформу, которая может анализировать выдыхаемый воздух, а также выявлять патологии дыхательных путей и органов.
                                                                                       

В ходе экспериментов устройство продемонстрировало высокую точность определения пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), воспалительным заболеванием дыхательных путей, что повышает риск возникновения осложнений при заражении ХОБЛ-19.

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) развивается в слизистой оболочке бронхов в ответ на патогенные внешние факторы и приводит к отрицательному изменению функций дыхательных путей. Человек с ХОБЛ не может получить необходимый кислород, потому что поток вдыхаемого воздуха ограничен. ХОБЛ обычно вызывается газами и летучими частицами, такими как пыль, табак, кадмий и частицы кремния и другие. Методы выявления этого заболевания сложны и требуют много времени, что неразрывно связано с угрозой здоровью пациента.

Обычные методы анализа дыхания, такие как газовая хроматография и масс-спектроскопия, дороги и требуют много времени, поэтому требуются новые подходы, отличающиеся низкой стоимостью и скоростью тестирования. ХОБЛ является насущной проблемой, так как заболевание может привести к ограничению физической работоспособности и инвалидности пациентов. Важно отметить, что люди с ХОБЛ подвергаются наибольшему риску осложнений, если они заражаются COVID-19.

«Неисправность органов человека вызывает изменение ряда процессов в обмене веществ, что влияет на состав выдыхаемого воздуха. Его анализ можно использовать для выявления заболеваний дыхательной системы, а также других внутренних органов, таких как желудка «, — объясняет доктор Иван Бобринецкий, руководитель проекта гранта Российского научного фонда, ведущий научный сотрудник Национального исследовательского университета электронных технологий. «Предлагаемая концепция электронного носа позволяет осуществлять оперативный мониторинг и предварительное обнаружение заболеваний всего за несколько минут. В то же время датчики многоразового использования, а базовые данные и идентификация возможных патологий органов передаются с устройства в цифровом режиме с использованием методов статистического анализа данных, в том числе возможностей искусственного интеллекта. «

Система основана на модифицированных углеродных нанотрубках (УНТ), что позволяет электронному носу сочетать несколько свойств. Например, гибкие проводящие пленки могут быть изготовлены из углеродных нанотрубок. Такие пленки необходимы для того, чтобы обеспечить систему слоем электронной структуры, отвечающим за работу устройства. «УНТ были синтезированы путем аэрозольного химического осаждения из паровой фазы и осаждены в виде тонких прозрачных и проводящих пленок. Эта технология является высоко воспроизводимой, легко масштабируемой и позволяет наносить пленки нанотрубок на любую поверхность», — сказал Альберт Насибулин, профессор Института Сколково. Наука и технологии Российской академии наук.

В исследовании эффективности новой системы приняли участие 12 пациентов с ХОБЛ и девять здоровых лиц в соответствии с правилами клинических испытаний. Забор дыхания проводился в одноразовых полиэтиленовых пакетах из политетрафторэтилена (ПТФЭ), изготовленных из очень инертного материала и содержащих матрицу датчика. Испытуемые вдыхали и максимально надували пакет через пластиковую соломинку. Когда солома была удалена, пакеты были запечатаны. Матрица сенсора внутри пакета находилась в контакте с выдыхаемым воздухом в течение примерно трех минут, так что все сенсоры могли полностью работать и взаимодействовать с молекулами газа, которые характеризуют патологию. Затем система была очищена сухим воздухом для следующего исследования. Пробы отбирались у каждого участника с интервалом в один час.

Поскольку система обнаружила всех людей с ХОБЛ, можно утверждать, что устройство эффективно. В выдыхаемом воздухе была обнаружена повышенная концентрация диоксида азота. Следует отметить, что содержание газа составляет менее одной молекулы на миллион молекул выдыхаемого воздуха, что свидетельствует о высокой чувствительности разработанных датчиков.

Исследователи также успешно проверили свою систему на газы, которые могут характеризовать другие заболевания. Летучие вещества, отобранные для данного исследования (аммиак, диоксид азота, гипохлорит натрия, вода, бензол, сероводород, ацетон, этанол и 2-пропанол), связаны с конкретными заболеваниями и потенциально могут рассматриваться в качестве их биомаркеров. Таким образом, содержание 2-пропанола, бензола, этанола и ацетона в выдыхаемом воздухе увеличивается у людей с раком легких, в то время как ацетон обнаруживается у пациентов с диабетом. Высокая концентрация аммиака в дыхании человека связана с заболеваниями печени или почек, и сероводород был предложен в качестве биомаркера астмы. Концентрация гипохлорита натрия представляет собой повышенное содержание в выдыхаемом воздухе у детей с бронхиальной астмой и муковисцидозом.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *