で公開された最近の研究では 通信資料、科学者らは、ウェアラブル呼吸センサーを使用して、温度、気流、湿度などの呼吸パラメータを監視し、さまざまな呼吸バイオマーカーを検出することに関する現在の研究をレビューしました。
彼らはまた、病気の検出や呼吸パターンの観察におけるこれらのセンサーの使用についても検討しました。
勉強： ヘルスケアモニタリング用のウェアラブル呼吸センサーの最近の開発。 画像クレジット:metamorworks/Shutterstock.com
経歴
臨床診断では、全身の健康状態を推測するために呼気分析がよく使用されてきました。
呼気分析は、指標となる半揮発性および揮発性の有機分子、脂質、タンパク質、ウイルス、細菌、デオキシリボ核酸 (DNA) の存在など、呼気中のさまざまな化学的特徴を検出および分析する非侵襲的な方法を提供します。病理学的および生理学的状態の。
医療技術、ナノテクノロジー、材料科学の急速な進歩により、生理学的パラメーターを監視するためのインテリジェントセンサーを備えた幅広いウェアラブルデバイスが誕生しました。
機械学習アルゴリズムの追加により、これらのデバイスは幅広い監視機能を備えています。マスク内の小さなパッチやセンサーなどのウェアラブル呼吸センサーの開発により、呼吸データをリアルタイムで継続的に収集して分析できるようになります。
このレビューでは、研究者らは従来の呼気分析方法と、全身の健康状態をリアルタイムでモニタリングするために使用できるウェアラブル呼気分析デバイスの最近の開発について議論しました。
呼気分析方法
このレビューでは、機器や装置に直接吐き出される呼気、またはポリマーバッグやその他のタイプの容器を使用して収集される呼気の広範なカテゴリに該当する呼気の捕捉またはサンプリングのさまざまな方法を評価しました。
これらのデバイスの一部はフェイスマスクに組み込まれており、呼気凝縮液および呼気エアロゾルサンプルを収集するためのポータブルな方法を提供します。
2019年コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックによりフェイスマスクが急増しているため、ウェアラブル呼気収集装置を開発するために、多孔質ポリカーボネートを使用して作られたものなどの柔軟な呼気収集膜が広く研究されています。
研究者らは、ウェアラブル呼気サンプリング装置の開発に使用される固相微量抽出、熱脱着チューブ、ニードルトラップ法などのさまざまな方法について議論しました。
このレビューでは、選択イオン流管質量分析法、ガスクロマトグラフィーと質量分析法を組み合わせたもの、プロトン移動反応質量分析法などの従来の呼気分析法についても議論しました。最近の研究では、光吸収分光法や表面増強ラマン散乱を使用する方法なども検討されており、これらは呼気サンプル中のバイオマーカー検出に効果的であることが証明されています。
カーボン ナノチューブなどの材料を使用する電気化学的方法は、ガスや揮発性有機化合物を分析するための代替方法を提供します。
バイオマーカーの検出
従来の呼気分析技術は、高い特異性と感度を備えたバイオマーカーの定量分析法を提供しますが、機器が煩雑でコストが高いため、アクセスが難しく、応用範囲が限られています。
バイオマーカーを検出するための統合された方法を備えたウェアラブル呼吸センサーデバイスにより、簡単かつ快適なリアルタイムモニタリングが可能になります。
これらのデバイスは、酸素、アンモニア、二酸化炭素、過酸化水素、多数の病原体などのさまざまなバイオマーカーを分析できます。酸素レベルの急激な変化は、高酸素状態または低酸素状態を特定するのに役立ちます。どちらも健康不良の指標です。
同様に、高炭酸ガス血症と低炭酸ガス血症（それぞれ呼気中の二酸化炭素の過剰または不足）は、呼吸性アシドーシスまたはアルカローシスの指標であり、どちらも重篤な健康状態や呼吸停止に逆行する可能性があります。
呼気中のアンモニアレベルの上昇は、腎臓や肝臓の病気、または尿素サイクルに関連する障害の指標です。呼気中の過酸化水素は、多くの場合、気道の酸化ストレスと炎症を示しています。
このレビューでは、最近の研究が重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) などの呼吸器ウイルスを検出するための呼吸センサーを備えた呼吸マスクの開発に焦点を当てていることも判明した。
呼吸パラメータのモニタリング
バイオマーカーとは別に、ウェアラブル呼吸センサーは、温度、気流、呼気の水分含有量など、健康状態全体の重要な指標である健康パラメータをリアルタイムで継続的に監視することもできます。
気流と湿度を監視するウェアラブル センサーは、抵抗性または容量性の気流に基づいています。エアフローセンサーは、摩擦電気または圧電効果を使用して自己給電することもできます。温度センサーには、酸化ニッケルのナノ粒子を備えたサーミスター、あるいは熱量センサーや焦電センサーが使用されます。
結論
要約すると、このレビューでは、ウェアラブル呼気分析デバイスに関する既存および現在の研究を調査し、病気や病気の指標であるバイオマーカーと呼吸パラメータのリアルタイムおよび継続的なサンプリングと分析を含む、これらのデバイスの幅広い応用について包括的に議論しました。健康。
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- 情報源： https://www.news-medical.net/news/20240326/Emerging-trends-in-wearable-breath-sensors-aim-at-personalized-healthcare-solutions.aspx
