Датчик на основе графена помогает прогнозировать приступы астмы

Исследователи разработали прототип устройства на основе графена, которое обнаруживает воспаление в легких, что может привести к более раннему выявлению приступов астмы и улучшить управление астмой и другими респираторными заболеваниями, предотвращая госпитализацию и смертность. Изобретение помогает проложить путь для разработки небольших носимых устройств, которые могут указывать, когда и в какой дозировке принимать лекарства.

Многочисленная команда экспертов из Университета Рутгерс-Нью-Брансуик (Rutgers University-New Brunswick; Нью-Брансуик, штат Нью-Джерси, США) создала датчик в связи с необходимостью в улучшенном минимально инвазивном методе молекулярной диагностики и мониторинга астмы. Современные неинвазивные методы ограничены в характеризации природы и степени воспаления дыхательных путей и требуют дорогостоящего громоздкого оборудования, которое пациенты не могут носить с собой. Методы включают спирометрию, которая измеряет дыхательную способность и исследует выдыхаемый оксид азота, показатель воспаления дыхательных путей.


Астма вызывает воспаление дыхательных путей и препятствует воздушному потоку. Другие серьезные заболевания легких включают хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ), при которой наблюдается эмфизема и хронический бронхит.

"Наше видение заключается в том, чтобы разработать устройство, которое пациент с астмой или другим респираторным заболеванием может носить на шее или запястье и периодически выдыхать в него, чтобы оно могло предсказать начало приступов астмы или других проблем, — заявил ассистент-профессор Университета Рутгерс Мехди Джаванмард (Mehdi Javanmard). — Устройство станет достижением в области персонализированной и точной медицины". Измерение биомаркеров в выдыхаемом конденсате (крошечные капельки жидкости, выделяемые при дыхании) также может способствовать пониманию астмы на молекулярном уровне и привести к целенаправленному лечению и лучшему управлению болезнями.

Графен - тонкий слой графита, используемого в карандашах. Новый миниатюрный электрохимический датчик точно измеряет нитрит в конденсате выдыхаемого воздуха с использованием восстановленного оксида графена, который противостоит коррозии, обладает превосходными электрическими свойствами и является очень точным в обнаружении биомаркеров.

"Уровень нитрита в конденсате дыхания является перспективным биомаркером для выявления воспаления в дыхательных путях. Наличие быстрого и легкого метода для измерения может помочь астматикам определить, влияет ли на них загрязненный воздух, чтобы можно было лучше контролировать использование медикаментов и физическую активность, — заявил Клиффорд Вайсел (Clifford Weisel), соавтор исследования, профессор, сотрудник Университета Рутгерс. — Устройство также может использоваться в кабинете врача и отделениях неотложной помощи для мониторинга эффективности различных противовоспалительных препаратов для оптимизации лечения".

"Усугубление воспаления дыхательных путей может быть ранним предупреждением о повышенном риске приступа астмы или обострении ХОБЛ, что позволяет применять более ранние и более эффективные профилактические меры или лечение", — заявил соавтор исследования Роберт Лаумбах (Robert Laumbach), врач по лечению профзаболеваний, сотрудник Университета Рутгерс.

"Если просто оценивать кашель, свистящее дыхание и другие внешние симптомы, точность диагностики часто невысока, — сказал доцент Джаванмард. — Способность безметочного количественного определения содержания нитритов в выдыхаемом конденсате дыхания за один шаг, без предварительного отбора проб, устраняет проблему, позволяя осуществлять портативное управление астмой". Следующим шагом станет разработка переносной системы. Исследователи также предполагают, что перечень биомаркеров воспаления, которые устройство способно обнаружить и измерить, может быть расширен.

Исследование, проведенное А. Голизаде и др. (A. Gholizadeh et al.), было опубликовано 22 мая 2017 года в журнале Microsystems & Nanoengineering.

Ссылки по теме:
Университет Рутгерс-Нью-Брансуик