1 ноября 2020, воскресенье, 02:28
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

«Электронный нос» выявит заболевание легких по выдыхаемому воздуху

Плата матрицы электронного носа из восьми датчиков
Плата матрицы электронного носа из восьми датчиков
Sonia Freddi et al./Advanced Healthcare Materials

Ученые из России и Италии предложили компактную сенсорную систему, которая может анализировать выдыхаемый воздух, а также выявлять патологии дыхательных путей и органов. В ходе экспериментов продемонстрирована высокая точность определения больных с хронической обструктивной болезнью легких — воспалительным заболеванием дыхательных путей, которое повышает риск осложнений при заражении COVID-19. Разработка самой сенсорной системы поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ). О своих исследованиях ученые рассказали на страницах журнала Advanced Healthcare Materials, кратко о них сообщается в пресс-релизе РНФ.

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) развивается в слизистых бронхов в ответ на патогенные внешние факторы и приводит к негативному изменению функций органов дыхательных путей. Пациент не может получать необходимый кислород, так как вдыхаемый воздушный поток ограничивается. Самые частые возбудители ХОБЛ –— газы и летучие частицы, например пыль, табак, частицы кадмия и кремния и прочее. Методики выявления этого заболевания сложны и занимают много времени, что неразрывно связано с угрозой здоровью пациента. Обычные методы для анализа дыхания, например, газовая хроматография и масс-спектроскопия, дорогостоящие и трудоемкие, поэтому требуются новые подходы, отличающиеся низкой стоимостью и быстротой тестирования. ХОБЛ — актуальная проблема, так как следствиями заболевания становятся ограничение физической работоспособности и инвалидизация пациентов. Важно отметить, что люди с ХОБЛ наиболее подвержены риску осложнений в случае заражения COVID-19.

«Нарушение работы органов человека вызывает изменение ряда процессов в его метаболизме, что отражается на составе выдыхаемого воздуха. Его анализ может быть использован для выявления болезней не только дыхательной системы, но и других внутренних органов, например, желудка, — объясняет руководитель проекта по гранту РНФ Иван Бобринецкий, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник НИУ «Московский институт электронной техники». — Предложенная концепция электронного носа позволяет проводить оперативный контроль и предварительное выявление заболеваний в течение всего нескольких минут. При этом сами сенсоры являются многоразовыми, а основные данные и определение возможных патологий органов переносится с приборной части в цифровую с использованием методов статистического анализа данных, в том числе возможностей искусственного интеллекта».

Система изготовлена на основе углеродных модифицированных нанотрубок (УНТ), что позволяет электронному носу совмещать в себе различные нужные свойства. Например, из углеродных трубок можно создавать гибкие и эластичные проводящие пленки. Такие пленки нужны для того, чтобы обеспечить систему слоем с заданной электронной структурой, которая будет отвечать за работу устройства.

«Углеродные модифицированные нанотрубки были синтезированы аэрозольным методом химического осаждения из газовой фазы и осаждены в виде тонких прозрачных и токопроводящих пленок. Данная технология является высоковоспроизводимой, легко масштабируемой и позволяет наносить пленки из нанотрубок на любые поверхности», — рассказал Альберт Насибулин, профессор Сколтеха, профессор РАН, доктор технических наук. Разработка технологии изготовления нанотрубок, из которых состоит сенсорная система, также поддержана грантом РНФ.

В исследовании эффективности новой системы участвовали 12 больных с ХОБЛ и 9 здоровых людей в соответствии с правилами клинических испытаний. Отбор проб воздуха производился в одноразовые полиэтиленовые мешки из политетрафторэтилена (ПТФЭ) — очень инертного материала, содержащего сенсорную матрицу. Испытуемые максимально вдыхали и надували мешок через пластиковую соломинку. После соломинку извлекали и пакеты запечатывали. Сенсорная матрица внутри мешка находилась в контакте с выдыхаемым воздухом около трех минут, чтобы все датчики успели полностью сработать и провзаимодействовать с молекулами газов, характеризующих патологии. Затем систему очищали сухим воздухом для проведения следующего исследования, образцы собирали от каждого участника с интервалом в один час.

Система обнаружила всех людей с ХОБЛ, соответственно, 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 говорит о высокой чувствительности разработанных сенсоров.

Также ученые успешно проверили свою систему на газах, которые могут характеризовать другие заболевания. Летучие вещества, выбранные для настоящего исследования (аммиак, диоксид азота, гипохлорит натрия, вода, бензол, водород, сульфид, ацетон, этанол и 2-пропанол) связаны со специфическими заболеваниями и потенциально могут быть рассмотрены как их биомаркеры. Так, содержание 2-пропанола, бензола, этанола и ацетона в выдыхаемом воздухе повышено у людей с раком легких, в то время как ацетон обнаруживается 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. Показано, что концентрация гипохлорита натрия составляет повышенное содержание в выдыхаемом воздухе у детей с бронхиальной астмой и кистозным фиброзом.

Исследования проведены совместно с учеными из Католического университета Святого Сердца (Италия), Университета Аалто (Финляндия) и Университета города Нови-Сад (Сербия).

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ МФТИ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад Солнечная система альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество Европейская южная обсерватория жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2020.