Исследователи РФ и Италии создали "электронный нос" для диагностики заболеваний по выдыхаемому воздуху

Ученые из России и Италии разработали компактное сенсорное устройство с функционалом "электронного носа", с помощью которого можно выявлять заболевания легких, а также дыхательных путей и некоторых других органов человека по выдыхаемому воздуху, сообщает РИА Новости. О своих исследованиях ученые рассказали на страницах журнала Advanced Healthcare Materials. Разработка поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).

Новая система изготовлена на основе углеродных модифицированных нанотрубок (УНТ), из которых создаются гибкие и эластичные сенсорные проводящие пленки, которые можно наносить на любые поверхности.

Тесты показали, что "электронный нос" с высокой точностью выявляет практически всех пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) — воспалительным заболеванием дыхательных путей, которое существенно повышает риск осложнений при заражении COVID-19.

Болезнь развивается в слизистых бронхов в ответ на патогенные внешние факторы и приводит к ухудшению функций дыхательной системы. Человек с ХОБЛ не получает достаточно кислорода, так как вдыхаемый воздушный поток ограничен.

Традиционные методы диагностики этого заболевания — газовая хроматография и масс-спектроскопия — дорогостоящие и трудоемкие, к тому же занимают много времени, что связано с угрозой здоровью пациента. "Электронный нос" коренным образом меняет ситуацию.

"Предложенная концепция "электронного носа" позволяет проводить оперативный контроль и предварительное выявление заболеваний в течение всего нескольких минут. При этом сами сенсоры являются многоразовыми, а основные данные и определение возможных патологий органов переносятся с приборной части в цифровую с использованием методов статистического анализа данных, в том числе возможностей искусственного интеллекта", — приводятся в пресс-релизе "Сколтеха" слова руководителя проекта по гранту РНФ Ивана Бобринецкого, доктора технических наук, ведущего научного сотрудника НИУ "Московский институт электронной техники".

В тестировании новой системы участвовали 12 больных с ХОБЛ и девять здоровых людей в соответствии с правилами клинических испытаний. Система обнаружила всех людей с ХОБЛ, из чего авторы делают заключение о высокой эффективности нового устройства.

"Электронный нос" сумел обнаружить мельчайшие концентрации диоксида азота — индикатора ХОБЛ — менее одной молекулы на миллион молекул выдыхаемого воздуха, что говорит о высокой чувствительности разработанных сенсоров.

Также ученые успешно проверили свою систему на газах, которые могут характеризовать другие заболевания. Такие летучие вещества, как аммиак, диоксид азота, гипохлорит натрия, вода, бензол, водород, сульфид, ацетон, этанол и 2-пропанол, связаны со специфическими заболеваниями и потенциально могут быть рассмотрены как их биомаркеры.

"Нарушение работы органов человека вызывает изменение ряда процессов в его метаболизме, что отражается на составе выдыхаемого воздуха. Его анализ может быть использован для выявления болезней не только дыхательной системы, но и других внутренних органов, например желудка", — объясняет Иван Бобринецкий.

Так, содержание 2-пропанола, бензола, этанола и ацетона в выдыхаемом воздухе повышено у людей с раком легких, в то время как ацетон обнаруживается у пациентов с сахарным диабетом. Высокая концентрация аммиака в дыхании человека связана с заболеваниями печени или почек, а сероводород был предложен в качестве биомаркера астмы. Имеются данные, что повышенное содержание гипохлорита натрия в выдыхаемом воздухе у детей указывают на бронхиальную астму и кистозный фиброз.

Иллюстрация: Плата матрицы "электронного носа" из восьми датчиков/© Фото: Sonia Freddi et al / Advanced Healthcare Materials