I en fersk studie publisert i Kommunikasjonsmateriell, gjennomgikk forskere nåværende forskning på bruk av bærbare pustesensorer for å overvåke respirasjonsparametere som temperatur, luftstrøm og fuktighet, og for å oppdage ulike respiratoriske biomarkører.

De undersøkte også bruken av disse sensorene for å oppdage sykdommer og observere pustemønstre.

Studere: Nylig utvikling innen bærbare pustesensorer for helseovervåking. Bildekreditt: metamorworks/Shutterstock.com

Bakgrunn

Kliniske diagnoser har ofte brukt pusteanalyse for å trekke slutninger om systemisk helse.

Pusteanalyse gir en ikke-invasiv metode for å oppdage og analysere de ulike kjemiske signaturene i utåndet pust, inkludert tilstedeværelsen av semi-flyktige og flyktige organiske molekyler, lipider, proteiner, virus, bakterier og deoksyribonukleinsyre (DNA), som er indikatorer av patologiske og fysiologiske tilstander.

Raske fremskritt innen medisinsk teknologi, nanoteknologi og materialvitenskap har resultert i et bredere utvalg av bærbare enheter som inneholder intelligente sensorer for å overvåke fysiologiske parametere.

Med tillegg av maskinlæringsalgoritmer har disse enhetene et bredt spekter av overvåkingsmuligheter. Utviklingen av bærbare pustesensorer, for eksempel små lapper og sensorer i masker, gjør at pustedata kan samles inn og analyseres kontinuerlig i sanntid.

I denne anmeldelsen diskuterte forskerne de tradisjonelle metodene for pusteanalyse og den nylige utviklingen innen bærbare pusteanalyseenheter som kan brukes til å utføre sanntidsovervåking av systemisk helse.

Pusteanalysemetoder

Gjennomgangen evaluerte de ulike metodene for pustefangst eller prøvetaking som kom inn under de brede kategoriene pust pustet direkte inn i utstyret eller enheten eller samlet inn ved hjelp av en polymerpose eller andre typer beholdere.

Noen av disse enhetene er integrert i ansiktsmasker, og gir en bærbar metode for å samle ut pustekondensat og utåndede aerosolprøver.

Med den plutselige økningen i ansiktsmasker på grunn av koronavirussykdommen 2019 (COVID-19) pandemien, blir fleksible pustesamlermembraner som de som er laget med porøst polykarbonat undersøkt omfattende for å utvikle bærbare pusteoppsamlingsenheter.

Forskerne diskuterte ulike metoder, for eksempel fastfase mikroekstraksjon, termiske desorpsjonsrør og nålefellemetoder, brukt til å utvikle bærbare pusteprøvetakingsenheter.

Gjennomgangen diskuterte også konvensjonelle pusteanalysemetoder som utvalgt-ion-strømningsrørmassespektrometri, gasskromatografi kombinert med massespektrometri og protonoverføringsreaksjonsmassespektrometri. Nyere studier har også utforsket metoder som de som bruker optisk absorpsjonsspektroskopi og overflateforsterket Raman-spredning, som har vist seg å være effektive i biomarkørdeteksjon i pusteprøver.

Elektrokjemiske metoder som bruker materialer som karbon nanorør gir alternative metoder for å analysere gass og flyktige organiske forbindelser.

Biomarkørdeteksjon

Selv om konvensjonelle pusteanalyseteknikker gir en kvantitativ analysemetode for biomarkører med høy spesifisitet og sensitivitet, hindrer de tungvinte instrumentene og høye kostnadene tilgjengeligheten og begrenser deres anvendelsesområde.

Bærbare pustesensoriske enheter med integrerte metoder for å oppdage biomarkører tillater sanntidsovervåking med letthet og komfort.

Disse enhetene kan analysere ulike biomarkører som oksygen, ammoniakk, karbondioksid, hydrogenperoksid og en rekke patogener. Drastiske endringer i oksygennivåer kan bidra til å identifisere hyperoksi eller hypoksi - begge indikatorer på dårlig helse.

Tilsvarende er hyperkapni og hypokapni - henholdsvis et overskudd eller underskudd av karbondioksid i pusten - indikatorer på respiratorisk acidose eller alkalose, som begge kan gå tilbake til alvorlige helsetilstander og respirasjonsstans.

En økning i ammoniakknivåer i pusten er en indikator på nyre- og leversykdom eller lidelser relatert til ureasyklusen. Hydrogenperoksid i utånding indikerer ofte oksidativt stress og betennelse i luftveiene.

Gjennomgangen fant også at nyere forskning har fokusert på å utvikle åndedrettsmasker med pustesensorer for å oppdage luftveisvirus som alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

Overvåking av respirasjonsparametere

Bortsett fra biomarkører, kan bærbare pustesensorer også gi kontinuerlig sanntidsovervåking av helseparametere som temperatur, luftstrøm og fuktighetsinnhold i utåndet pust, som alle er viktige indikatorer for generell helse.

Luftstrøm- og fuktighetsovervåking bærbare sensorer er basert på enten resistiv eller kapasitiv luftstrøm. Luftstrømssensorer kan også være selvdrevne ved å bruke den triboelektriske eller piezoelektriske effekten. Temperatursensorer bruker termistorer med nikkeloksid-nanopartikler, eller kalorimetriske eller pyroelektriske sensorer.

Konklusjoner

For å oppsummere undersøkte gjennomgangen eksisterende og nåværende forskning på bærbare pusteanalyserende enheter og diskuterte omfattende et bredt spekter av bruksområder for disse enhetene, inkludert sanntids og kontinuerlig prøvetaking og analyse av biomarkører og respiratoriske parametere som er indikatorer på sykdom og sykdom. Helse.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://www.news-medical.net/news/20240326/Emerging-trends-in-wearable-breath-sensors-aim-at-personalized-healthcare-solutions.aspx