Vapor Trail: Elektronische Nasen Schnüffeln Mundgeruch Bei Anzeichen Von Krankheit
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Video: Mundgeruch kann ein Anzeichen für viele Krankheiten sein 2023, Februar
Anonim

Nanofasersensoren könnten zu kostengünstigeren Alkoholtestern mit Gesundheitsüberwachung im Taschenformat führen.

Wenn der antike griechische Arzt Hippokrates bei Ihnen Fetor hepaticus (Mundgeruch) diagnostizieren würde, wäre dies keine Beleidigung, sondern eine freundliche Warnung. Es bedeutete, dass der Geruch Ihres Atems darauf hinwies, dass Sie an Leberversagen litten. Ein Großteil des altgriechischen medizinischen Wissens ist in Vergessenheit geraten, aber die Verwendung des Atems als Indikator für die Gesundheit bleibt bestehen. Forscher haben jahrelang daran gearbeitet, eine genaue, kostengünstige und tragbare elektronische Geruchssensortechnologie zu entwickeln, mit der Asthma, Nierenerkrankungen, hoher Cholesterinspiegel und eine Reihe anderer Erkrankungen erkannt und überwacht werden können.

Eine Vielzahl von Ansätzen wird verwendet, um sogenannte E-Nasen-Geräte zu entwickeln, die eine Reihe chemischer Sensoren zum Lesen von Gerüchen und einen Mechanismus zum Identifizieren verschiedener Gerüche verwenden. Sie kosten in der Regel etwa Pfund. Sie erfordern im Allgemeinen mehrere Atemzüge, die in einem Ballon gespeichert sind. Andere Atemanalysegeräte wie Alkohol-Alkoholtester verwenden Technologien, die für den medizinischen Gebrauch nicht genau genug sind.

Die Fähigkeit einer E-Nase, einen bestimmten Geruch zu erkennen und als Warnzeichen zu kennzeichnen, wurde durch mangelnde Spezifität behindert, dh durch die Unfähigkeit, eine einzelne Substanz in einer Ausatmung, die Hunderte von Verbindungen enthält, nachzuweisen und zu quantifizieren. Mehrere neue Ansätze zielen darauf ab, dieses Problem zu lösen. Ein vielversprechendes Projekt umfasst ein Team der Stony Brook University der State University of New York, Forscher unter der Leitung der außerordentlichen Professorin für Materialwissenschaften und -technik Perena Gouma, die eine E-Nase entwickelt haben, die halbleitende Keramiksensoren zur Erkennung von Krankheiten und zur Messung von Stoffwechselfunktionen verwendet.

Laut Gouma ist der Sensor sehr empfindlich gegenüber gasförmigen Krankheitssignalmarkern im Atem - er kann bestimmte Moleküle in Teilen pro Milliarde erfassen. Der Sensorchip ist mit spaghettartigen Metalloxidfasern bedeckt, deren Durchmesser zwischen einem und 100 Nanometern liegen (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter). Die Kristallstruktur der Nanofasern und die Atomkonfiguration auf ihren Oberflächen bestimmen, welche Verbindung nachgewiesen werden kann. Beispielsweise haften Gase wie Kohlenmonoxid und Methan an einem Nanofaseroxidsensor, dessen Atome tetragonal (vierseitig) angeordnet sind. Nanofasern können in großen Mengen hergestellt und während der Produktion optimiert werden, um auf verschiedene Verbindungen zu reagieren. Sobald die E-Nase ihr Zielmolekül erkennt, wird ihre Konzentration auf einer Digitalanzeige angezeigt.

Der Atem enthält Hunderte flüchtiger organischer Verbindungen, die Nebenprodukte unseres Stoffwechsels sind. Bestimmte Krankheiten verändern den Gasmix, führen neue Verbindungen ein oder verändern den Gehalt bestehender, sagt Gouma. Ein Sensor könnte Aceton im Atem von Diabetikern erkennen, um festzustellen, ob sie ihre Insulindosen erhöhen müssen. Ein anderer könnte Stickoxid im Atem von Asthmatikern messen, um einen bevorstehenden oder sich verschlechternden Asthmaanfall zu erkennen.

Goumas Gruppe entwickelt auch E-Nasen zum Nachweis der organischen Verbindung Isopren zur Messung des Cholesterinspiegels, Ammoniak zum Nachweis von Nierenerkrankungen und eine Mischung aus Ammoniak und Ketonen, um einen Hauch von Lebererkrankungen zu bekommen. Die Forscher entwickeln auch eine E-Nase, die zwei ähnliche chemische Strukturen - Alkane und Alkene - zur Früherkennung von Lungenkrebs unterscheiden kann, sagt Gouma.

Diese Prototypen von E-Nasen ähneln Hardcover-Romanen mit einem an einem Ende angebrachten Mundstück. Gouma geht davon aus, dass das endgültige Design etwa die Größe eines Schlüsselrings haben wird. Sie geht davon aus, dass mindestens eine ihrer E-Nasen innerhalb eines Jahres für klinische Tests bereit sein wird. Im Gegensatz zu anderen E-Nasen benötigen Goumas nur einen einzigen Atemzug, um bestimmte Verbindungen zu erkennen, sagt sie. Dies bedeutet, dass unter bestimmten Bedingungen Atemtests anstelle von Blutproben durchgeführt werden können. Gouma geht davon aus, dass solche handgehaltenen E-Nasen wie diese nur so viel kosten könnten. In Bezug auf Goumas Gizmos sagt er jedoch: "Die Keramik-Nanosensor-Technologie ist ein vielversprechender Ansatz für medizinische und andere Anwendungen mit elektronischer Nase. [Goumas] Arbeit ist in dieser Hinsicht ein bedeutender Fortschritt."

Andere Forscher sind jedoch skeptisch gegenüber der Fähigkeit einer E-Nase, einzelne Komponenten selbst einfacher Gemische flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) zu analysieren. "Unter den Herausforderungen bei der Erlangung klinisch nützlicher Messungen von Atem-VOCs wie Aceton oder anderen möglichen Krankheitsmarkern besteht eine der schwierigsten darin, den Marker oder die Marker zuverlässig von den im Atem gefundenen Hintergrund-VOCs zu unterscheiden", sagt Edward Zellers, ein Umweltgesundheitswissenschaftler Professor an der Universität von Michigan. Er fügt hinzu: "Dies wurde noch nicht mit einer mir bekannten E-Nasen-Technologie demonstriert." Obwohl er sich vor der Verwendung von E-Nasen für die Krankheitsdiagnose fürchtet, ist die Technologie von Gouma laut Zellers vielversprechend, um einzelne reaktive anorganische Marker wie Stickoxid und Ammoniak nachzuweisen.

Wie Hippokrates vielleicht bestätigt hat, kommen vielversprechende medizinische Ideen häufig nicht zustande. Patienten sollten in Erwartung kostengünstiger handgehaltener E-Nasen nicht den Atem anhalten, bis die Technologie in klinischen Studien nachweist, dass sie dem Schnupftabak gewachsen ist.

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