Pametna maska prepoznaje bolesti iz daha

Nova studija istraživača s Kalifornijskog tehnološkog instituta Caltech, pokazuje kako se nove zaštitne maske mogu koristiti za procjenu metaboličkih i respiratornih stanja.

Personalizirani nosivi uređaji koji prate zdravlje ljudi su u porastu. Od satova do flastera i drugih vrsta senzora, ovi pametni uređaji mogu pratiti rad srca, razine upale i još mnogo toga kako bi pomogli pacijentima da bolje upravljaju svojim zdravljem iz vlastitog doma. Sada se popisu može dodati nova vrsta nosivog uređaja, visokotehnološka papirnata maska ​​koja analizira dah.

Wei Gao s Caltecha, profesor medicinskog inženjerstva, i njegovi kolege razvili su prototip za pametnu masku koja se može koristiti za praćenje niza medicinskih stanja, uključujući respiratorne bolesti, kao što su astma, KOPB (kronična opstruktivna plućna bolest) i post COVID-19 infekcije.

Za razliku od drugih pametnih maski koje  prate fizičke promjene poput temperature, vlažnosti ili brzine disanja, ova, nazvana EBCare, može analizirati kemikalije u nečijem dahu u stvarnom vremenu. Na primjer, maska ​​bi mogla pratiti pacijente s astmom na razine nitrita, kemikalije koja ukazuje na upalu dišnih putova.

"Praćenje daha pacijenta nešto je što se rutinski radi, na primjer, za procjenu astme i drugih respiratornih stanja. Međutim, to je zahtijevalo da pacijent posjeti kliniku radi uzimanja uzorka, nakon čega slijedi razdoblje čekanja za laboratorijske rezultate", kaže Gao , glavni istraživač nove studije koja opisuje masku u časopisu Science.

"Od pandemije COVID-19 ljudi sve više nose maske. Možemo iskoristiti ovu povećanu upotrebu maski za daljinsko personalizirano praćenje kako bismo u stvarnom vremenu dobili povratne informacije o vlastitom zdravlju u našem domu ili uredu. Na primjer, mogli bismo koristiti ove informacije da procijenimo kako medicinski tretman djeluje."

Kako bi selektivno analizirali kemikalije ili molekule u nečijem dahu, istraživači moraju prvo ohladiti paru daha u tekućinu. U kliničkim uvjetima ovaj korak hlađenja provodi se odvojeno od analize. Uzorci vlažnog daha hlade se na kantama s ledom ili glomaznim rashladnim hladnjacima. Nasuprot tome, Gaova nova maska ​​se sama hladi. Dah se hladi pasivnim sustavom hlađenja koji integrira hidrogelno hlađenje isparavanjem s radijacijskim hlađenjem za učinkovito hlađenje daha na maskama za lice.

Nakon što se dah pretvori u tekućinu, niz kapilara, koje se nazivaju bioinspirirana mikrofluidika, odmah prenosi tekućinu do senzora za analizu.

Rezultati analize zatim se bežično prenose na osobni telefon, tablet ili računalo. "Pametna maska ​​može se pripremiti po relativno niskoj cijeni", kaže Gao. "Dizajnirana je da košta samo oko 1 dolar u materijalima."

Kako bi testirali maske, tim je proveo niz studija na ljudima, prvenstveno usmjerenih na pacijente s astmom ili KOPB-om. Posebno su pratili dah pacijenata na nitrite, biomarkere upale u oba stanja. Rezultati su pokazali da su maske točno otkrile biomarker, ukazujući na upalu u dišnim putovima pacijenata.

U drugoj studiji, tim je pokazao da maske točno detektiraju razinu alkohola u krvi kod ljudi, što sugerira da bi se maske mogle koristiti za provjeru vožnje pod utjecajem alkohola na licu mjesta ili druge oblike praćenja konzumacije alkohola.

Također su promatrali kako bi se maske potencijalno mogle koristiti za procjenu razine ureje u krvi u praćenju i liječenju bolesti bubrega. Kako bubrežna funkcija opada, nusprodukti metabolizma proteina poput uree nakupljaju se u krvi. U isto vrijeme, urea se povećava u slini, koja se razgrađuje u plin amonijak, a to dovodi do viših razina amonija u kondenzatu daha. Nova studija pokazala je da pametne maske mogu točno detektirati te razine amonijaka, precizno odražavajući razine uree u krvi.

"Ove prve studije su dokaz koncepta", kaže Gao. "Želimo proširiti ovu tehnologiju kako bismo uključili različite markere povezane s različitim zdravstvenim stanjima. Ovo je temelj za stvaranje maske koja funkcionira kao svestrana platforma za praćenje općeg zdravlja."