Νέο Τεστ Αναπνοής Ανιχνεύει τον Διαβήτη σε Λίγα Λεπτά
Οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια έχουν δημιουργήσει έναν αναλυτή αναπνοής που ανιχνεύει τον διαβήτη μετρώντας τα επίπεδα ακετόνης. Η γρήγορη, μη επεμβατική δοκιμή θα μπορούσε να μεταμορφώσει τον τρόπο διάγνωσης και διαχείρισης της νόσου. Πηγή: Stock
Μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια δημιούργησε έναν αναλυτή αναπνοής που αναγνωρίζει τον διαβήτη ανιχνεύοντας την ακετόνη. Η συσκευή είναι γρήγορη, μη επεμβατική και κατασκευασμένη από γραφένιο που έχει δημιουργηθεί με λέιζερ για ακρίβεια.
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, σχεδόν ένας στους πέντε από τους 37 εκατομμύρια ενήλικες που ζουν με διαβήτη δεν γνωρίζει την κατάστασή του. Οι παραδοσιακές μέθοδοι διάγνωσης του διαβήτη και του προδιαβήτη συχνά περιλαμβάνουν επισκέψεις σε ιατρεία και εργαστηριακές εξετάσεις, οι οποίες μπορεί να είναι και δαπανηρές και χρονοβόρες. Οι ερευνητές προτείνουν τώρα ότι η ανίχνευση μπορεί σύντομα να είναι τόσο απλή όσο η ανάλυση της αναπνοής ενός ατόμου.
Μια ομάδα υπό την καθοδήγηση του Huanyu “Larry” Cheng, Αναπληρωτή Καθηγητή Μηχανικής Επιστήμης και Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, έχει δημιουργήσει έναν αισθητήρα ικανό να διαγιγνώσκει τον διαβήτη και τον προδιαβήτη μέσα σε λίγα λεπτά χρησιμοποιώντας μόνο ένα δείγμα αναπνοής. Τα ευρήματά τους αναφέρθηκαν πρόσφατα στο Chemical Engineering Journal.
Ακετόνη ως βιοδείκτης για τον διαβήτη
Οι παραδοσιακές διαγνωστικές προσεγγίσεις βασίζονται συνήθως στη μέτρηση των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα ή στον ιδρώτα. Ωστόσο, αυτός ο νέος αναλυτής εστιάζει στην ακετόνη στην εκπνεόμενη αναπνοή. Αν και η ακετόνη είναι φυσικά παρούσα ως υποπροϊόν του μεταβολισμού των λιπών, επίπεδα υψηλότερα από περίπου 1.8 μέρη ανά εκατομμύριο είναι ένδειξη διαβήτη.
«Ενώ έχουμε αισθητήρες που μπορούν να ανιχνεύσουν γλυκόζη στον ιδρώτα, αυτοί απαιτούν να προκαλέσουμε εφίδρωση μέσω άσκησης, χημικών ή σάουνας, που δεν είναι πάντα πρακτικά ή βολικά», δήλωσε ο Cheng. «Αυτός ο αισθητήρας απαιτεί μόνο να εκπνεύσετε σε μια σακούλα, να βυθίσετε τον αισθητήρα και να περιμένετε λίγα λεπτά για τα αποτελέσματα».
Ο Cheng τόνισε ότι οι προηγούμενες συσκευές ανάλυσης αναπνοής συχνά στοχεύουν σε βιοδείκτες που απαιτούν επιβεβαίωση από εργαστήριο. Αντίθετα, αυτός ο νέος σχεδιασμός επιτρέπει την ανίχνευση ακετόνης επί τόπου, καθιστώντας τον τόσο πρακτικό όσο και οικονομικό.
Σχεδίαση ενός επιλεκτικού και αποδοτικού αισθητήρα
Πέρα από την αναγνώριση της ακετόνης ως στόχου βιοδείκτη, ο Cheng τόνισε ότι η καινοτομία έγκειται επίσης στην κατασκευή και τα υλικά του αισθητήρα—ιδιαίτερα τη χρήση γραφενίου που έχει δημιουργηθεί με λέιζερ. Αυτό το υλικό παράγεται όταν μια βάση άνθρακα, όπως η πολυϊμίδη, εκτίθεται σε λέιζερ CO₂, που την μετατρέπει σε γραφένιο με μοτίβο και πόρους που το καθιστούν εξαιρετικά αποτελεσματικό για εφαρμογές ανίχνευσης.
«Αυτό είναι παρόμοιο με το να καβουρδίζουμε ψωμί σε μαύρο άνθρακα αν καβουρδιστεί για πολύ», δήλωσε ο Cheng. «Ρυθμίζοντας τις παραμέτρους του λέιζερ όπως η ισχύς και η ταχύτητα, μπορούμε να καβουρδίσουμε την πολυϊμίδη σε μορφή γραφενίου με λίγα στρώματα και πόρους».
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν γραφένιο που έχει δημιουργηθεί με λέιζερ επειδή είναι πολύ πορώδες, πράγμα που σημαίνει ότι επιτρέπει τη διέλευση αερίων. Αυτή η ποιότητα οδηγεί σε μεγαλύτερη πιθανότητα σύλληψης του μορίου αερίου, καθώς η εκπνεόμενη αναπνοή περιέχει σχετικά υψηλή συγκέντρωση υγρασίας. Ωστόσο, το γραφένιο που έχει δημιουργηθεί με λέιζερ δεν ήταν αρκετά επιλεκτικό για την ακετόνη σε σχέση με άλλα αέρια και έπρεπε να συνδυαστεί με οξείδιο του ψευδαργύρου.
«Μια διασταύρωση σχηματίστηκε μεταξύ αυτών των δύο υλικών που επέτρεψε την πιο επιλεκτική ανίχνευση της ακετόνης σε σχέση με άλλα μόρια», δήλωσε ο Cheng.
Υπερνικώντας προκλήσεις και μελλοντικές κατευθύνσεις
Ο Cheng δήλωσε ότι μια άλλη πρόκληση ήταν ότι η επιφάνεια του αισθητήρα θα μπορούσε επίσης να απορροφήσει μόρια νερού, και επειδή η αναπνοή είναι υγρή, τα μόρια του νερού θα μπορούσαν να ανταγωνίζονται με το στοχευόμενο μόριο ακετόνης. Για να το αντιμετωπίσουν αυτό, οι ερευνητές εισήγαγαν μια επιλεκτική μεμβράνη ή στρώμα φραγμού υγρασίας, που μπορούσε να μπλοκάρει το νερό αλλά να επιτρέπει την διείσδυση της ακετόνης.
Ο Cheng είπε ότι αυτή τη στιγμή, η μέθοδος απαιτεί να αναπνέει κάποιος απευθείας σε μια σακούλα για να αποφευχθεί η παρεμβολή από παράγοντες όπως η ροή του αέρα στο περιβάλλον. Το επόμενο βήμα είναι να βελτιωθεί ο αισθητήρας ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα κάτω από τη μύτη ή να προσαρτηθεί στην εσωτερική πλευρά μιας μάσκας, καθώς το αέριο μπορεί να ανιχνευθεί στην συμπύκνωση της εκπνεόμενης αναπνοής. Επίσης, σχεδιάζει να διερευνήσει πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ένας αισθητήρας ανίχνευσης ακετόνης για την βελτιστοποίηση πρωτοβουλιών υγείας για άτομα.
«Αν μπορούσαμε να κατανοήσουμε καλύτερα πώς τα επίπεδα ακετόνης στην αναπνοή αλλάζουν με τη διατροφή και την άσκηση, με τον ίδιο τρόπο που βλέπουμε τις διακυμάνσεις στα επίπεδα γλυκόζης ανάλογα με το πότε και τι τρώει κάποιος, θα ήταν μια πολύ συναρπαστική ευκαιρία να το χρησιμοποιήσουμε για εφαρμογές υγείας πέρα από τη διάγνωση του διαβήτη», δήλωσε ο Cheng.
Αναφορά: “ZnO/LIG νανοσύνθετα για την ανίχνευση αερίου ακετόνης σε θερμοκρασία δωματίου με υψηλή ευαισθησία και χαμηλό όριο ανίχνευσης” από τους Li Yang, Wenyuan Fu, Ya Wang, Zhida Wang, Longbiao Mao, Luxiang Xu, Chengpeng Yao, Hongyu Zhang, Sisi Chen, Hui Zhang και Huanyu Cheng, 13 Ιουνίου 2025, Chemical Engineering Journal.