Электронный нос поможет выявить серьезные заболевания | Последние обзоры, анализ и новости в деталях, Технологии и инновации Marchmont.ru

Технологии и инновации

«Электронный нос» поможет выявить серьезные заболевания

21 Май '20
Исследователи из России и Италии создали компактную систему сенсоров, которая может анализировать выдыхаемый воздух, а также выявлять патологии дыхательных путей и органов. Испытания устройства показали, что оно способно с высокой точностью определять хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ) — воспалительное заболевание дыхательных путей.

ХОБЛ развивается в слизистых бронхов из-за различных внешних факторов. В конечном итоге она приводит к изменениям функций органов дыхательных путей и может стать причиной смерти от удушья. При этом заболевании, которое чаще всего вызывается газами и летучими частицами, наблюдается сужение просвета дыхательных путей, из-за чего развивается дыхательная недостаточность. Для выявления этой болезни существующими методами приходится затрачивать достаточно много времени. Точнее всего определить ХОБЛ помогают газовая хроматография и масс-спектроскопия, которые, однако, дороги и трудоемки.

Авторы поддержанного грантом Российского научного фонда исследования из московского НИУ «МИЭТ», Сколтеха и миланского Католического университета Святого Сердца предложили свой метод диагностики ХОБЛ. Он основан на том, что при возникновении этого заболевания наблюдаются изменения в метаболизме, которые влияют на состав выдыхаемого человеком воздуха. Статья об открытии опубликована в журнале Advanced Healthcare Materials.

Созданный учеными в ходе экспериментов «электронный нос» позволяет быстро контролировать и выявлять такого рода заболевания в течение всего нескольких минут. При этом сами сенсоры являются многоразовыми, а полученные в ходе измерений данные анализируются с помощью искусственного интеллекта для дифференциальной диагностики болезней.

Новое устройство создано на основе модифицированных углеродных нанотрубок (УНТ), что позволяет «электронному носу» совмещать в себе важные свойства, такие как гибкость и электропроводность чувствительных пластин. Сами УНТ авторы создавали с помощью метода аэрозольного химического осаждения из газовой фазы в виде тонких прозрачных и токопроводящих пленок. Такая методика легко воспроизводима и масштабируема, а также позволяет наносить пленки из нанотрубок на любые поверхности.

Чтобы проверить эффективность новой системы, ученые провели клинические испытания новинки. Для этого они пригласили 12 больных с ХОБЛ и девять здоровых людей. Отбор проб воздуха производился в одноразовые полиэтиленовые мешки. В ходе теста участники вдыхали максимальный объем воздуха и надували мешок через пластиковую соломинку. Затем ученые убирали соломинку и запечатывали пакеты.

Внутри мешка находилась сенсорная матрица, которая контактировала с выдыхаемым воздухом порядка трех минут, чтобы все датчики успели полностью сработать и взаимодействовать с молекулами газов. По прошествии времени систему очищали сухим воздухом для проведения следующего исследования, образцы собирали от каждого участника с интервалом в один час.

У всех 12 участников с ХОБЛ система обнаружила следы характерных для заболевания соединений, в частности диоксида азота.

Также авторы успешно протестировали систему на газах, которые могут характеризовать другие заболевания и потенциально могут быть рассмотрены как их биомаркеры. Например, присутствие 2-пропанола, бензола, этанола и ацетона в выдыхаемом воздухе может говорить о наличии у человека рака легких, а ацетон является компонентом выдыхаемого воздуха у пациентов с сахарным диабетом. Высокая концентрация аммиака в дыхании человека связана с заболеваниями печени или почек, а сероводород был предложен в качестве биомаркера астмы. Гипохлорит натрия в повышенном количестве содержится у детей с бронхиальной астмой и кистозным фиброзом.