Nowatorskie podejście do diagnozowania cukrzycy może zrewolucjonizować medycynę. Zespół badaczy z Pennsylvania State University opracował czujnik, który wykrywa stężenie acetonu w wydychanym powietrzu, umożliwiając szybkie rozpoznanie cukrzycy i stanu przedcukrzycowego. Metoda jest bezbolesna, ekonomiczna i może znacząco zwiększyć wykrywalność choroby na wczesnym etapie.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa innowacyjny czujnik oddechu, który pozwala wykryć cukrzycę i stan przedcukrzycowy w kilka minut.
- Dlaczego naukowcy z Pennsylvania State University wykorzystali grafen indukowany laserowo i tlenek cynku w konstrukcji czujnika.
- Jakie są zalety metody – szybka diagnostyka, bezinwazyjność i możliwość zastosowania nawet poza laboratorium.
- Jak nowa technologia może wpłynąć na przyszłość profilaktyki i leczenia cukrzycy na świecie.
Nowy sposób diagnozowania cukrzycy
Według danych Centers for Disease Control and Prevention (CDC), w Stanach Zjednoczonych co piąty z 37 mln dorosłych chorych na cukrzycę nie jest świadomy swojego stanu zdrowia. Obecnie stosowane testy wymagają pobrania krwi lub badania laboratoryjnego, co wiąże się z czasem, kosztami i często brakiem dostępności.
Zespół badawczy pod kierownictwem prof. Huanyu „Larry’ego” Chenga z Penn State przedstawił jednak przełomową alternatywę. Opracowany czujnik umożliwia wykrycie cukrzycy na miejscu, analizując wyłącznie próbkę oddechu. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Chemical Engineering Journal.
Jak działa czujnik oddechu?
Nowe urządzenie nie analizuje poziomu glukozy we krwi czy pocie, ale mierzy stężenie acetonu w powietrzu wydychanym przez pacjenta. Aceton jest produktem ubocznym spalania tłuszczów, a jego poziom powyżej 1,8 części na milion (ppm) wskazuje na wysokie prawdopodobieństwo cukrzycy. Prof. Cheng podkreśla prostotę obsługi:
Ten czujnik wymaga jedynie wydychania powietrza do worka, zanurzenia czujnika i odczekania kilku minut na wyniki.
W przeciwieństwie do wcześniejszych metod, takich jak czujniki glukozy w pocie, które wymagają wywołania potu za pomocą ćwiczeń, chemikaliów lub sauny, nowa technologia jest szybka, komfortowa i nieinwazyjna.
Zaawansowane materiały i konstrukcja czujnika
Jednym z największych innowacyjnych elementów projektu jest wykorzystanie grafenu indukowanego laserowo (LIG – laser-induced graphene). Powstaje on poprzez wypalanie materiałów zawierających węgiel, np. folii poliimidowej, za pomocą lasera CO₂. Proces ten tworzy porowatą strukturę, która doskonale wychwytuje cząsteczki gazów.
Prof. Cheng obrazowo tłumaczy ten proces:
To jak opiekanie chleba na sadzę, jeśli opieka się go zbyt długo. Dostosowując parametry lasera, takie jak moc i prędkość, możemy opiekać poliimid do postaci kilkuwarstwowego, porowatego grafenu.
Grafen ten jest bardzo przepuszczalny dla gazów, co zwiększa czułość pomiaru. Jednak sam LIG nie był wystarczająco selektywny w stosunku do acetonu, dlatego badacze połączyli go z tlenkiem cynku (ZnO). Dzięki temu czujnik jest w stanie rozróżnić aceton od innych gazów obecnych w wydychanym powietrzu.
Membrana chroniąca przed wilgocią
Wyzwanie stanowiła również wysoka zawartość wody w oddechu. Cząsteczki wody mogły zakłócać wyniki, konkurując z acetonem o dostęp do czujnika. Naukowcy rozwiązali ten problem, dodając selektwną membranę, która blokuje cząsteczki wody, a jednocześnie przepuszcza aceton. Dzięki temu wyniki są precyzyjne i stabilne.
Wygoda i przyszłe zastosowania
Obecnie badanie wymaga oddychania do worka, aby uniknąć zakłóceń spowodowanych przepływem powietrza w otoczeniu. Jednak w planach jest udoskonalenie czujnika, tak aby można go było umieścić:
- pod nosem pacjenta,
- wewnątrz maski,
- w mobilnych urządzeniach diagnostycznych.
Profesor Cheng podkreśla, że technologia ma ogromny potencjał w personalizacji opieki zdrowotnej:
Gdybyśmy mogli lepiej zrozumieć, jak poziom acetonu w oddechu zmienia się pod wpływem diety i ćwiczeń, tak jak obserwujemy wahania poziomu glukozy, byłaby to niezwykle interesująca okazja do wykorzystania tego w celach zdrowotnych.
👉 Wyniki oraz opis badań znajdziesz pod TYM LINKIEM
Główne wnioski
- Naukowcy z Penn State opracowali czujnik oddechu, który wykrywa stężenie acetonu jako biomarkera cukrzycy i stanu przedcukrzycowego.
- Technologia wykorzystuje grafen indukowany laserowo, tlenek cynku oraz specjalną membranę chroniącą przed wilgocią, co zapewnia wysoką czułość i selektywność pomiarów.
- Wystarczy wydmuchać powietrze do worka, aby w ciągu kilku minut uzyskać wynik – metoda jest szybka, ekonomiczna i bezinwazyjna.
- Nowy czujnik może zrewolucjonizować diagnostykę cukrzycy, zwiększając dostępność badań i wspierając wczesną profilaktykę.
Źródło:
- Pennsylvania State University
- Chemical Engineering Journal
