Недавние вспышки инфекционных заболеваний продемонстрировали, что быстрых неинвазивных методов их диагностики недостаточно. В современных реалиях обнаружить у себя, например, вирус гриппа самостоятельно довольно сложно: в большинстве случаев человек понятия не имеет, инфицирован ли он, пока не проявятся определенные симптомы, и чаще всего этот момент наступает слишком поздно. Ученые из Техасского университета в Арлингтоне под руководством Пелагии-Ирен Гаума (Pelagia-Irene Gouma) создали устройство, способное обнаружить грипп на ранних стадиях, по своему строению напоминающее алкотестер. Главное отличие от алкометров или бытовых детекторов окиси углерода заключается в специфике сенсоров, обнаруживающих газ.
Одним из главных преимуществ устройства является низкая стоимость его изготовления. Прибор легко помещается в карман, работает от аккумулятора и в перспективе может передавать результаты анализа с помощью беспроводных технологий. Одного выдоха достаточно, чтобы полупроводниковые сенсоры смогли обнаружить наличие и концентрацию биомаркеров в выдыхаемом воздухе, свидетельствующих о болезни. В основу работы датчика заложена портативная микросхема с тремя сенсорами.
При создании датчиков команда ученых опиралась на многочисленную медицинскую литературу, посвященную известным биомаркерам, которые присутствуют в выдохе больного той или иной болезнью. Затем они применили эти знания, чтобы найти нужную комбинацию датчиков для тех биомаркеров, которые будут точно определять грипп. Так, у людей с астмой увеличивается концентрация оксида азота в их дыхании. Обнаружить его можно с помощью ацетона – известного биомаркера для скрининга диабета и метаболических процессов. В ходе анализа данных исследователи выяснили, что наиболее точно диагностировать вирус гриппа возможно при анализе оксида азота, летучих органических соединений и датчика аммиака.
Сегодня, чтобы обнаружить биомаркеры в дыхании человека без использования нанотехнологий, требуется дорогостоящее высокотехнологичное лабораторное оборудование, которое, к тому же, управляется квалифицированным персоналом. С карманными устройствами нового поколения диагностировать болезнь быстро и точно сможет любой человек. В дальнейшем технология способна эволюционировать в персонализированную диагностику не только вируса гриппа — люди смогут обнаружить, например, Эболу на ранней стадии, просто заменив соответствующие датчики.
На счету Гаумы уже несколько подобных датчиков для обнаружения астмы, мониторинга сахарного диабета, определения конечной точки для гемодиализа. В будущем команда ученых планирует развивать технологию и выпустить индивидуальные скрининговые инструменты, которые будут доступны без рецепта. Пациенты смогут следить за своим здоровьем и обмениваться полученными данными со своим врачом в режиме реального времени. Это также поможет снизить стоимость медицинской помощи и своевременно обнаруживать различные заболевания.
В 2017 году похожие датчики для диагностики рака легких разработали ученые из Гамбургского университета. Сенсор на основе фотоакустической спектроскопии способен распознавать шесть наиболее значимых летучих органических соединений, связанных с этим заболеванием. Несколькими годами ранее появился сенсор для скрининга колоректального рака на основе трафаретной печати металлооксидных полупроводниковых пленок, которые распознают газы, сигнализирующие о наличии онкологических заболеваний.
Над созданием недорогого и эффективного способа диагностики и мониторинга инфекционных заболеваний работают ученые со всего мира. Так исследователи из Сингапура изучили связь между социальными медиа-платформами и борьбой с распространением инфекций во время вспышки птичьего гриппа в Китае, которая произошла в 2013 году. Они установили, что социальные сети особенно полезны в предоставлении актуальной информации из первых рук – иногда на несколько часов быстрее, чем официальные источники и СМИ. Кроме того, информация из аккаунта в соцсети может дать представление о стиле жизни больного, которая поможет в лечении. В США социальные медиа уже активно используются для отслеживания случаев пищевого отравления и ЗППП.
Научная работа опубликована в журнале Sensors 20 января 2017 года
DOI: 10,3390 / s17010199
