I en nylig undersøgelse offentliggjort i Kommunikationsmateriale, gennemgik videnskabsmænd aktuel forskning om brug af bærbare åndedrætssensorer til at overvåge respiratoriske parametre såsom temperatur, luftstrøm og fugtighed og til at detektere forskellige respiratoriske biomarkører.

De undersøgte også brugen af ​​disse sensorer til at opdage sygdomme og observere vejrtrækningsmønstre.

Undersøgelse: Seneste udvikling inden for bærbare åndedrætssensorer til sundhedsovervågning. Billedkredit: metamorworks/Shutterstock.com

Baggrund

Kliniske diagnoser har ofte brugt åndedrætsanalyse til at drage konklusioner om systemisk sundhed.

Åndedrætsanalyse giver en ikke-invasiv metode til at detektere og analysere de forskellige kemiske signaturer i udåndet ånde, herunder tilstedeværelsen af ​​semi-flygtige og flygtige organiske molekyler, lipider, proteiner, vira, bakterier og deoxyribonukleinsyre (DNA), som er indikatorer af patologiske og fysiologiske tilstande.

Hurtige fremskridt inden for medicinsk teknologi, nanoteknologi og materialevidenskab har resulteret i et bredere udvalg af bærbare enheder, der indeholder intelligente sensorer til at overvåge fysiologiske parametre.

Med tilføjelsen af ​​maskinlæringsalgoritmer har disse enheder en bred vifte af overvågningsmuligheder. Udviklingen af ​​bærbare åndedrætssensorer, såsom små patches og sensorer i masker, gør det muligt at indsamle og analysere åndedrætsdata kontinuerligt i realtid.

I denne gennemgang diskuterede forskerne de traditionelle metoder til åndedrætsanalyse og den seneste udvikling inden for bærbare åndedrætsanalyseanordninger, der kan bruges til at udføre realtidsovervågning af systemisk sundhed.

Åndedrætsanalysemetoder

Gennemgangen evaluerede de forskellige metoder til indånding eller prøvetagning, der faldt ind under de brede kategorier af åndedræt udåndet direkte ind i udstyret eller enheden eller indsamlet ved hjælp af en polymerpose eller andre typer beholdere.

Nogle af disse enheder er inkorporeret i ansigtsmasker, hvilket giver en bærbar metode til at indsamle udåndingskondensat og udåndede aerosolprøver.

Med den pludselige stigning i ansigtsmasker på grund af pandemien med coronavirus sygdom 2019 (COVID-19), bliver fleksible åndedrætsopsamlermembraner, såsom dem, der er fremstillet ved hjælp af porøst polycarbonat, i vid udstrækning undersøgt for at udvikle bærbare åndedrætsopsamlingsenheder.

Forskerne diskuterede forskellige metoder, såsom fastfase-mikroekstraktion, termiske desorptionsrør og nålefældemetoder, der bruges til at udvikle bærbare åndeprøver.

Gennemgangen diskuterede også konventionelle åndedrætsanalysemetoder såsom udvalgt-ion-flow-rør massespektrometri, gaskromatografi koblet med massespektrometri og proton-transfer-reaktion massespektrometri. Nylige undersøgelser har også undersøgt metoder som dem, der bruger optisk absorptionsspektroskopi og overfladeforstærket Raman-spredning, som har vist sig at være effektive til påvisning af biomarkører i åndeprøver.

Elektrokemiske metoder, der anvender materialer såsom carbonnanorør, giver alternative metoder til at analysere gas og flygtige organiske forbindelser.

Biomarkør påvisning

Selvom konventionelle åndedrætsanalyseteknikker giver en kvantitativ analysemetode af biomarkører med høj specificitet og følsomhed, hindrer de besværlige instrumenter og høje omkostninger tilgængeligheden og begrænser deres anvendelsesområde.

Bærbare åndedrætssensorer med integrerede metoder til at detektere biomarkører tillader overvågning i realtid med lethed og komfort.

Disse enheder kan analysere forskellige biomarkører såsom oxygen, ammoniak, kuldioxid, hydrogenperoxid og adskillige patogener. Drastiske ændringer i iltniveauer kan hjælpe med at identificere hyperoksi eller hypoxi - begge indikatorer på dårligt helbred.

Tilsvarende er hyperkapni og hypokapni - henholdsvis et overskud eller underskud af kuldioxid i åndedrættet - indikatorer for respiratorisk acidose eller alkalose, som begge kan gå tilbage til alvorlige helbredstilstande og respirationsstop.

En stigning i ammoniakniveauer i åndedrættet er en indikator for nyre- og leversygdomme eller lidelser relateret til urinstofcyklussen. Hydrogenperoxid i udåndet ånde indikerer ofte oxidativ stress og betændelse i luftvejene.

Gennemgangen fandt også, at nyere forskning har fokuseret på at udvikle åndedrætsmasker med åndedrætssensorer til at detektere respiratoriske vira såsom alvorligt akut respiratorisk syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

Overvågning af respiratoriske parametre

Bortset fra biomarkører kan bærbare åndedrætssensorer også give kontinuerlig realtidsovervågning af sundhedsparametre såsom temperatur, luftstrøm og fugtindhold i udåndet ånde, som alle er vitale indikatorer for det generelle helbred.

Bærbare sensorer til overvågning af luftstrøm og fugtighed er baseret på enten resistiv eller kapacitiv luftstrøm. Luftstrømssensorer kan også være selvforsynende ved hjælp af den triboelektriske eller piezoelektriske effekt. Temperatursensorer anvender termistorer med nikkeloxidnanopartikler eller kalorimetriske eller pyroelektriske sensorer.

konklusioner

For at opsummere undersøgte gennemgangen eksisterende og aktuel forskning om bærbart åndedrætsanalyseudstyr og diskuterede omfattende en bred vifte af anvendelser af disse enheder, herunder realtids- og kontinuerlig prøvetagning og analyse af biomarkører og respiratoriske parametre, der er indikatorer for sygdom og sygdom. sundhed.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
• PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
• PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
• PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
• Kilde: https://www.news-medical.net/news/20240326/Emerging-trends-in-wearable-breath-sensors-aim-at-personalized-healthcare-solutions.aspx