I en ny studie publicerad i Kommunikationsmaterial, granskade forskare aktuell forskning om att använda bärbara andningssensorer för att övervaka andningsparametrar som temperatur, luftflöde och fuktighet, och för att upptäcka olika respiratoriska biomarkörer.

De undersökte också användningen av dessa sensorer för att upptäcka sjukdomar och observera andningsmönster.

Studie: Den senaste utvecklingen inom bärbara andningssensorer för övervakning av hälsovård. Bildkredit: metamorworks/Shutterstock.com

Bakgrund

Kliniska diagnoser har ofta använt utandningsanalys för att dra slutsatser om systemisk hälsa.

Andningsanalys ger en icke-invasiv metod för att detektera och analysera olika kemiska signaturer i utandningsandning, inklusive närvaron av halvflyktiga och flyktiga organiska molekyler, lipider, proteiner, virus, bakterier och deoxiribonukleinsyra (DNA), som är indikatorer av patologiska och fysiologiska tillstånd.

Snabba framsteg inom medicinsk teknik, nanoteknik och materialvetenskap har resulterat i ett bredare utbud av bärbara enheter som innehåller intelligenta sensorer för att övervaka fysiologiska parametrar.

Med tillägget av maskininlärningsalgoritmer har dessa enheter ett brett utbud av övervakningsmöjligheter. Utvecklingen av bärbara andningssensorer, såsom små fläckar och sensorer i masker, gör att andningsdata kan samlas in och analyseras kontinuerligt i realtid.

I den här recensionen diskuterade forskarna de traditionella metoderna för andningsanalys och den senaste utvecklingen av bärbara andningsanalysanordningar som kan användas för att utföra realtidsövervakning av systemisk hälsa.

Andningsanalysmetoder

Granskningen utvärderade de olika metoderna för andningsfångning eller provtagning som hörde till de breda kategorierna av utandning direkt in i utrustningen eller enheten eller samlas in med en polymerpåse eller andra typer av behållare.

Vissa av dessa enheter är inbyggda i ansiktsmasker, vilket ger en bärbar metod för att samla in utandningskondensat och utandningsaerosolprover.

Med den plötsliga ökningen av ansiktsmasker på grund av pandemin av coronavirussjukdomen 2019 (COVID-19), undersöks flexibla andningsuppsamlarmembran som de som är tillverkade med poröst polykarbonat omfattande för att utveckla bärbara andningsuppsamlingsanordningar.

Forskarna diskuterade olika metoder, såsom fastfasmikroextraktion, termiska desorptionsrör och nålfällningsmetoder, som används för att utveckla bärbara andningsprovtagningsanordningar.

Granskningen diskuterade också konventionella utandningsanalysmetoder såsom masspektrometri med utvald jonflödesrör, gaskromatografi kopplat till masspektrometri och protonöverföringsreaktionsmasspektrometri. Nyligen genomförda studier har också utforskat metoder som de som använder optisk absorptionsspektroskopi och ytförstärkt Raman-spridning, som har visat sig vara effektiva vid detektion av biomarkörer i utandningsprover.

Elektrokemiska metoder som använder material som kolnanorör tillhandahåller alternativa metoder för att analysera gas och flyktiga organiska föreningar.

Detektering av biomarkörer

Även om konventionella utandningsanalystekniker ger en kvantitativ analysmetod av biomarkörer med hög specificitet och känslighet, hindrar de besvärliga instrumenten och höga kostnaderna tillgängligheten och begränsar deras tillämpningsområde.

Bärbara andningssensoriska enheter med integrerade metoder för att upptäcka biomarkörer möjliggör övervakning i realtid med lätthet och komfort.

Dessa enheter kan analysera olika biomarkörer som syre, ammoniak, koldioxid, väteperoxid och många patogener. Drastiska förändringar i syrenivåer kan hjälpa till att identifiera hyperoxi eller hypoxi - båda indikatorer på ohälsa.

På liknande sätt är hyperkapni och hypokapni - ett överskott eller underskott av koldioxid i andningen, respektive - indikatorer på respiratorisk acidos eller alkalos, som båda kan gå tillbaka till allvarliga hälsotillstånd och andningsstillestånd.

En ökning av ammoniaknivåer i andetag är en indikator på njur- och leversjukdom eller störningar relaterade till ureacykeln. Väteperoxid i utandningsluft indikerar ofta oxidativ stress och inflammation i luftvägarna.

Granskningen fann också att nyare forskning har fokuserat på att utveckla andningsmasker med andningssensorer för att upptäcka luftvägsvirus såsom allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

Övervakning av andningsparametrar

Bortsett från biomarkörer kan bärbara andningssensorer också tillhandahålla kontinuerlig realtidsövervakning av hälsoparametrar som temperatur, luftflöde och fuktinnehåll i utandningsandningen, som alla är viktiga indikatorer på allmän hälsa.

Bärbara sensorer för övervakning av luftflöde och fuktighet är baserade på antingen resistivt eller kapacitivt luftflöde. Luftflödessensorer kan också vara självförsörjande med hjälp av den triboelektriska eller piezoelektriska effekten. Temperatursensorer använder termistorer med nanopartiklar av nickeloxid, eller kalorimetriska eller pyroelektriska sensorer.

Slutsatser

För att sammanfatta undersökte granskningen befintlig och aktuell forskning om bärbara andningsanalysanordningar och diskuterade omfattande ett brett spektrum av tillämpningar av dessa enheter, inklusive realtids- och kontinuerlig provtagning och analys av biomarkörer och andningsparametrar som är indikatorer på sjukdom och sjukdom hälsa.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://www.news-medical.net/news/20240326/Emerging-trends-in-wearable-breath-sensors-aim-at-personalized-healthcare-solutions.aspx