JAV, vienas iš penkių iš 37 milijonų suaugusiųjų, sergančių cukriniu diabetu, to nežino. Dabartiniams diabeto ir prediabeto diagnozavimo metodams paprastai reikia apsilankyti gydytojo biure ar laboratorijoje, kurie abu gali būti brangūs ir reikalaujantys daug laiko. Dabar diabeto ir prediabeto diagnozavimas gali būti toks paprastas kaip kvėpavimas.
Tyrimo komanda, vadovaujama Huanyu „Larry“ Cheng, James L. Henderson, jaunesnysis, Penno valstijos inžinerijos mokslo ir mechanikos memorialinis docentas, sukūrė jutiklį, kuris per kelias minutes gali padėti diagnozuoti diabetą ir prediabetą vietoje, naudodama tik kvėpavimo mėginį. Jų rezultatai skelbiami Chemijos inžinerijos žurnalas.
Ankstesniuose diagnostikos metoduose dažnai buvo naudojamos kraujo ar prakaito randama gliukozė, tačiau šis jutiklis nustato acetono kiekį kvėpavime. Nors kiekvieno kvėpavimo metu acetonas yra kaip degančių riebalų šalutinis produktas, acetono lygis viršija maždaug 1,8 milijono dalių slenkstį, tai rodo diabetą.
„Nors mes turime jutiklius, kurie gali aptikti gliukozę prakaitu, jie reikalauja, kad prakaituojame per mankštą, chemikalus ar sauna, kurios ne visada yra praktiškos ar patogios“, – teigė Chengas. „Šis jutiklis reikalauja, kad iškvėptumėte į maišą, panardintumėte jutiklį ir lauktumėte kelių minučių rezultatų.”
Chengas teigė, kad buvo ir kitų kvėpavimo analizės jutiklių, tačiau jie aptiko biomarkerius, kuriems reikėjo laboratorijos analizės. Acetoną galima aptikti ir perskaityti vietoje, todėl nauji jutikliai tampa ekonomiški ir patogūs.
Cheng teigė, kad ne tik acetono kaip biomarkerio naudojimas, bet ir dar viena jutiklio naujovė buvo sukurta projektavimui ir medžiagoms, pirmiausia lazerio sukeltam grafenui. Norėdami sukurti šią medžiagą, CO2 Lazeris yra naudojamas deginti anglies turinčias medžiagas, tokias kaip poliimido plėvelė šiame darbe, kad būtų sukurtas raštuoto porėto grafeno, turinčio didelius defektus, kuriuos pageidautina juti.
„Tai panašu į duonos skrudinimą iki juodos anglies, jei per ilgai skrudinta“, – teigė Chengas. „Suderindami lazerio parametrus, tokius kaip galia ir greitis, mes galime skrudinti poliimidą į keletą sluoksnių, porėtos grafeno formą.”
Tyrėjai naudojo lazerio sukeltą grafeną, nes jis yra labai porėtas, tai reiškia, kad jis leidžia dujoms. Ši kokybė lemia didesnę tikimybę užfiksuoti dujų molekulę, nes kvėpavimo iškvėpimas turi palyginti didelę drėgmės koncentraciją. Tačiau savaime lazerio sukeltas grafenas nebuvo pakankamai selektyvus acetono virš kitų dujų ir jį reikėjo derinti su cinko oksidu.
„Tarp šių dviejų medžiagų susiformavo sankryža, leidžianti geriau selektyviai aptikti acetoną, o ne kitas molekules”, – teigė Chengas.
Chengas teigė, kad dar vienas iššūkis buvo tas, kad jutiklio paviršius taip pat gali absorbuoti vandens molekules, ir kadangi kvėpavimas yra drėgnas, vandens molekulės gali konkuruoti su tiksline acetono molekule. Norėdami tai išspręsti, tyrėjai pristatė selektyvią membraną arba drėgmės barjerinį sluoksnį, kuris galėtų blokuoti vandenį, tačiau acetonas gali persmelkti sluoksnį.
Chengas teigė, kad šiuo metu metodas reikalauja, kad žmogus kvėpuotų tiesiai į maišą, kad išvengtų veiksnių, tokių kaip oro srautas aplinkos aplinkoje, trukdžiai. Kitas žingsnis yra pagerinti jutiklį, kad jį būtų galima naudoti tiesiai po nosimi arba pritvirtinti prie kaukės vidaus, nes dujas galima aptikti kondensuojant iškvėptą kvėpavimą. Jis sakė, kad taip pat planuoja ištirti, kaip acetonas aptiktas kvėpavimo jutiklis gali būti panaudotas norint optimizuoti asmenų sveikatos iniciatyvas.
„Jei galėtume geriau suprasti, kaip acetono lygis keičiasi dietos ir mankštos kvėpavimu, taip pat matome gliukozės kiekio svyravimus, atsižvelgiant į tai, kada ir ką žmogus valgo, tai būtų labai jaudinanti galimybė tai naudoti ne tik diagnozuojant diabetą, bet ir ne tik diagnozuojant diabetą“, – teigė Chengas.