최근에 발표 된 한 연구에서 커뮤니케이션 자료과학자들은 웨어러블 호흡 센서를 사용하여 온도, 기류, 습도와 같은 호흡 매개변수를 모니터링하고 다양한 호흡기 바이오마커를 감지하는 방법에 대한 현재 연구를 검토했습니다.

그들은 또한 질병을 감지하고 호흡 패턴을 관찰하는 데 이러한 센서의 사용을 조사했습니다.

학업 : 의료 모니터링을 위한 웨어러블 호흡 센서의 최근 개발. 이미지 출처: Metamorworks/Shutterstock.com

배경

임상 진단에서는 종종 호흡 분석을 사용하여 전신 건강에 대해 추론해 왔습니다.

호흡 분석은 지표인 반휘발성 및 휘발성 유기 분자, 지질, 단백질, 바이러스, 박테리아 및 디옥시리보핵산(DNA)의 존재를 포함하여 호기 호흡의 다양한 화학적 특징을 탐지하고 분석하는 비침습적 방법을 제공합니다. 병리학적 및 생리학적 상태.

의료 기술, 나노기술 및 재료 과학의 급속한 발전으로 인해 생리학적 매개변수를 모니터링하는 지능형 센서가 포함된 다양한 웨어러블 장치가 탄생했습니다.

기계 학습 알고리즘이 추가되어 이러한 장치에는 광범위한 모니터링 기능이 있습니다. 작은 패치, 마스크 내부 센서 등 웨어러블 호흡 센서의 개발로 호흡 데이터를 실시간으로 지속적으로 수집하고 분석할 수 있습니다.

이번 리뷰에서 연구자들은 호흡 분석의 전통적인 방법과 전신 건강의 실시간 모니터링을 수행하는 데 사용할 수 있는 착용형 호흡 분석 장치의 최근 개발에 대해 논의했습니다.

호흡 분석 방법

검토에서는 장비나 장치로 직접 호기하는 호흡 또는 폴리머 백이나 기타 유형의 용기를 사용하여 수집하는 광범위한 범주에 속하는 호흡 수집 또는 샘플링의 다양한 방법을 평가했습니다.

이러한 장치 중 일부는 안면 마스크에 통합되어 호기 응축물 및 호기 에어로졸 샘플을 수집하는 휴대용 방법을 제공합니다.

2019년 코로나바이러스 질병(COVID-19) 대유행으로 인해 안면 마스크가 갑자기 증가함에 따라 다공성 폴리카보네이트를 사용하여 만든 것과 같은 유연한 호흡 수집 멤브레인이 착용 가능한 호흡 수집 장치를 개발하기 위해 광범위하게 연구되고 있습니다.

연구진은 웨어러블 호흡 샘플링 장치를 개발하는 데 사용되는 고체상 미세 추출, 열 탈착 튜브 및 바늘 트랩 방법과 같은 다양한 방법에 대해 논의했습니다.

이 리뷰에서는 또한 선택 이온 흐름관 질량 분석법, 질량 분석법과 결합된 가스 크로마토그래피, 양성자 전달 반응 질량 분석법과 같은 기존의 호흡 분석 방법에 대해서도 논의했습니다. 최근 연구에서는 호흡 샘플에서 바이오마커 검출에 효과적인 것으로 입증된 광흡수 분광법 및 표면 강화 라만 산란을 사용하는 방법도 연구했습니다.

탄소 나노튜브와 같은 재료를 사용하는 전기화학적 방법은 가스 및 휘발성 유기 화합물을 분석하기 위한 대체 방법을 제공합니다.

바이오 마커 검출

기존의 호흡 분석 기술은 높은 특이성과 민감도를 갖춘 바이오마커의 정량적 분석 방법을 제공하지만 번거로운 장비와 높은 비용으로 인해 접근성이 떨어지고 적용 범위가 제한됩니다.

바이오마커를 감지하는 통합 방법을 갖춘 웨어러블 호흡 센서 장치를 사용하면 쉽고 편안하게 실시간 모니터링이 가능합니다.

이 장치는 산소, 암모니아, 이산화탄소, 과산화수소 및 수많은 병원체와 같은 다양한 바이오마커를 분석할 수 있습니다. 산소 수준의 급격한 변화는 건강 상태의 지표인 과산소증 또는 저산소증을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

마찬가지로, 호흡 중 이산화탄소의 과잉 또는 결핍인 고탄산증 및 저탄산증은 호흡성 산증 또는 알칼리증의 지표이며, 둘 다 심각한 건강 상태 및 호흡 정지로 악화될 수 있습니다.

호흡 중 암모니아 수치의 증가는 신장 및 간 질환 또는 요소 회로와 관련된 장애의 지표입니다. 내쉴 때 나오는 과산화수소는 종종 기도의 산화 스트레스와 염증을 나타냅니다.

또한 이 검토에서는 최근 연구가 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)와 같은 호흡기 바이러스를 감지하기 위해 호흡 센서가 장착된 호흡기 마스크 개발에 중점을 두고 있음을 발견했습니다.

호흡 매개변수 모니터링

바이오마커 외에도 웨어러블 호흡 센서는 전반적인 건강의 중요한 지표인 온도, 기류, 호기의 수분 함량과 같은 건강 매개변수에 대한 지속적인 실시간 모니터링을 제공할 수도 있습니다.

기류 및 습도 모니터링 웨어러블 센서는 저항성 또는 용량성 기류를 기반으로 합니다. 공기유량 센서는 마찰전기 또는 압전 효과를 사용하여 자체 전원을 공급받을 수도 있습니다. 온도 센서는 니켈 산화물 나노입자가 있는 서미스터, 열량 측정 또는 초전 센서를 활용합니다.

결론

요약하자면, 검토에서는 웨어러블 호흡 분석 장치에 대한 기존 및 현재 연구를 검토하고 질병 및 질환의 지표인 바이오마커 및 호흡 매개변수의 실시간 및 지속적인 샘플링 및 분석을 포함하여 이러한 장치의 광범위한 응용에 대해 포괄적으로 논의했습니다. 건강.

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• 출처: https://www.news-medical.net/news/20240326/Emerging-trends-in-wearable-breath-sensors-aim-at-personalized-healthcare-solutions.aspx