Вчені з Університету штату Пенсильванія розробили інноваційний сенсор, здатний визначати діабет та переддіабет за допомогою аналізу видиху. Пристрій працює на основі пористого графену та оксиду цинку, що дозволяє йому вибірково виявляти ацетон — біомаркер, рівень якого у повітрі, що видихається, прямо пов’язаний із ризиком розвитку хвороби. Такий підхід відкриває шлях до швидкої, доступної та безболісної діагностики без необхідності забору крові чи відвідування лабораторії.
За даними статистики, у США близько 37 мільйонів дорослих живуть із діабетом, і п’ята частина з них навіть не підозрює про це. Традиційні методи вимагають дорогих і часто незручних процедур, тоді як новий сенсор видає результат за лічені хвилини після звичайного видиху. Ключовим є вимірювання концентрації ацетону: у здорової людини він присутній у низьких кількостях, проте перевищення позначки у 1,8 частини на мільйон сигналізує про потенційну небезпеку.
Розробка заснована на використанні лазерно-індукованого графену — матеріалу, який отримують, “спалюючи” поліімідну плівку за допомогою CO₂-лазера. Отримана структура має високу пористість і кількашарову будову, що робить її надзвичайно чутливою до газів. Щоб посилити вибірковість саме до ацетону, вчені додали оксид цинку. На межі двох матеріалів утворюється ефективний сенсорний перехід, який дозволяє розрізняти потрібні молекули навіть у складній газовій суміші.
Однією з головних проблем стало зволожене повітря видиху, адже водяна пара може заважати точності вимірювань. Для вирішення цього команда створила спеціальну мембрану, яка блокує молекули води, але пропускає ацетон. Наразі для коректної роботи пацієнтам необхідно дихати у спеціальний пакет, щоб уникнути впливу довкілля. Проте дослідники працюють над версіями, які можна буде інтегрувати у маску чи навіть використовувати безпосередньо під час дихання.
Науковці переконані, що можливості сенсора не обмежуються лише діагностикою діабету. Вивчення динаміки рівня ацетону у видиху залежно від дієти, фізичної активності чи метаболічних змін може відкрити нові горизонти у персоналізованій медицині та моніторингу здоров’я.
Робота була профінансована Національним інститутом здоров’я та Національним науковим фондом США. Першим автором дослідження, опублікованого у Chemical Engineering Journal, став Лі Ян, запрошений науковець кафедри інженерних наук та механіки Penn State.