به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای که اخیراً در نشریه Communications Materials منتشر شده است، دانشمندان تحقیقات فعلی را در مورد استفاده از حسگرهای تنفس پوشیدنی برای نظارت بر پارامترهای تنفسی مانند دما، جریان هوا و رطوبت و شناسایی نشانگرهای زیستی مختلف تنفسی بررسی کردند. آن‌ها همچنین استفاده از این حسگرها را در تشخیص بیماری‌ها و مشاهده الگوهای تنفسی مورد بررسی قرار دادند.

پیش زمینه

تشخیص‌های بالینی اغلب از تجزیه و تحلیل تنفس برای استنباط در مورد سلامت سیستمیک استفاده می‌کنند. تجزیه و تحلیل تنفس یک روش غیر تهاجمی ‌برای تشخیص و تجزیه و تحلیل علائم شیمیایی مختلف در بازدم ارائه می‌دهد، از جمله وجود مولکول‌های آلی نیمه فرار و فرار، لیپیدها، پروتئین‌ها، ویروس‌ها، باکتری‌ها و اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) که شاخص وضعیت‌های پاتولوژیک و فیزیولوژیکی هستند. پیشرفت‌های سریع در فناوری پزشکی، نانوتکنولوژی و علم مواد منجر به تولید طیف وسیع تری از دستگاه‌های پوشیدنی شده است که حاوی حسگرهای هوشمند برای نظارت بر پارامترهای فیزیولوژیکی هستند. با اضافه شدن الگوریتم‌های یادگیری ماشینی، این دستگاه‌ها دارای طیف گسترده‌ای از قابلیت‌های نظارت هستند. توسعه حسگرهای تنفس پوشیدنی، مانند تکه‌های کوچک و حسگرهای درون ماسک‌ها، امکان جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌های تنفسی را به طور مداوم در زمان واقعی فراهم می‌کند. در این بررسی، محققان روش‌های سنتی تجزیه و تحلیل نفس و پیشرفت‌های اخیر در دستگاه‌های آنالیز تنفس پوشیدنی را مورد بحث قرار دادند که می‌توان از آن‌ها برای انجام پایش بلادرنگ سلامت سیستمیک استفاده کرد.

روش‌های تجزیه و تحلیل تنفس

این بازبینی روش‌های مختلف گرفتن نفس یا نمونه‌برداری را که در دسته‌های وسیع تنفس بازدم مستقیماً در تجهیزات یا دستگاه یا با استفاده از کیسه‌های پلیمری یا انواع دیگر ظروف جمع‌آوری می‌شوند، ارزیابی کرد. برخی از این دستگاه‌ها در ماسک‌های صورت گنجانده شده‌اند و روشی قابل حمل برای جمع‌آوری میعانات تنفسی و نمونه‌های آئروسل تنفس بازدمی ارائه می‌دهند. با افزایش ناگهانی ماسک‌های صورت به دلیل همه‌گیری بیماری کروناویروس 2019 (COVID-19)، غشاهای جمع‌کننده تنفس انعطاف‌پذیر مانند آن‌هایی که با استفاده از پلی کربنات متخلخل ساخته شده‌اند به طور گسترده برای توسعه دستگاه‌های جمع‌آوری تنفس پوشیدنی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. محققان روش‌های مختلفی مانند میکرواستخراج فاز جامد، لوله‌های دفع حرارتی و روش‌های تله سوزنی را که برای توسعه دستگاه‌های نمونه‌گیری تنفس پوشیدنی استفاده می‌شوند، مورد بحث قرار دادند. این بررسی همچنین روش‌های آنالیز تنفس مرسوم مانند طیف‌سنجی جرمی لوله جریان-یونی انتخابی، کروماتوگرافی گازی همراه با طیف‌سنجی جرمی، و طیف‌سنجی جرمی واکنش انتقال پروتون را مورد بحث قرار داد. مطالعات اخیر همچنین روش‌هایی مانند روش‌هایی را که از طیف‌سنجی جذب نوری و پراکندگی رامان تقویت‌شده سطحی استفاده می‌کنند، مورد بررسی قرار داده‌اند که ثابت کرده‌اند در تشخیص نشانگرهای زیستی در نمونه‌های تنفسی مؤثر هستند. روش‌های الکتروشیمیایی با استفاده از موادی مانند نانولوله‌های کربنی، روش‌های جایگزینی را برای آنالیز گاز و ترکیبات آلی فرار ارائه می‌کنند.

تشخیص بیومارکر

اگرچه تکنیک‌های مرسوم تجزیه و تحلیل نفس یک روش تجزیه و تحلیل کمی از نشانگرهای زیستی با ویژگی و حساسیت بالا ارائه می‌دهند، ابزارهای دست و پا گیر و هزینه‌های بالا مانع دسترسی و محدود کردن دامنه کاربرد آن‌ها می‌شوند. دستگاه‌های حسی تنفس پوشیدنی با روش‌های یکپارچه برای شناسایی نشانگرهای زیستی، امکان نظارت در زمان واقعی را با سهولت و راحتی فراهم می‌کنند.این دستگاه‌ها می‌توانند نشانگرهای زیستی مختلفی مانند اکسیژن، آمونیاک، دی اکسید کربن، پراکسید هیدروژن و عوامل بیماری زا متعدد را تجزیه و تحلیل کنند. تغییرات شدید در سطح اکسیژن می‌تواند به شناسایی هیپراکسی یا هیپوکسی، هر دو شاخص سلامتی، کمک کند. به طور مشابه،‌ هایپرکاپنیا و هیپوکاپنیا - به ترتیب بیش از حد یا کمبود دی اکسید کربن در تنفس - نشانه‌های اسیدوز یا آلکالوز تنفسی هستند که هر دو می‌توانند به شرایط سلامتی جدی و ایست تنفسی بازگردند. افزایش سطح آمونیاک در تنفس نشان دهنده بیماری کلیوی و کبدی یا اختلالات مربوط به چرخه اوره است. پراکسید هیدروژن در نفس بازدم اغلب نشان دهنده استرس اکسیداتیو و التهاب در مجاری هوایی است. این بررسی همچنین نشان داد که تحقیقات اخیر بر روی توسعه ماسک‌های تنفسی با حسگرهای تنفسی برای شناسایی ویروس‌های تنفسی مانند سندرم حاد تنفسی کروناویروس (سارس -کووید 2 ) متمرکز شده است.

نظارت بر پارامترهای تنفسی

به غیر از نشانگرهای زیستی، حسگرهای تنفس پوشیدنی همچنین می‌توانند نظارت مستمر در زمان واقعی پارامترهای سلامتی مانند دما، جریان هوا و میزان رطوبت نفس بازدم را که همه شاخص‌های حیاتی سلامت کلی هستند، ارائه دهند. سنسورهای پوشیدنی نظارت بر جریان هوا و رطوبت بر اساس جریان هوای مقاومتی یا خازنی هستند. سنسورهای جریان هوا نیز می‌توانند با استفاده از اثر تریبوالکتریک یا پیزوالکتریک به صورت خود تغذیه شوند. سنسورهای دما از ترمیستورها با نانوذرات اکسید نیکل یا سنسورهای کالریمتری یا پیرالکتریک استفاده می‌کنند.

نتیجه گیری

به طور خلاصه، این بررسی تحقیقات موجود و فعلی را در مورد دستگاه‌های آنالیز تنفس پوشیدنی مورد بررسی قرار داد و به طور جامع طیف گسترده‌ای از کاربردهای این دستگاه‌ها، از جمله نمونه‌برداری و تجزیه و تحلیل بی‌درنگ و مداوم از نشانگرهای زیستی و پارامترهای تنفسی را که شاخص‌های بیماری و سلامتی هستند مورد بحث قرار داد.

پایان مطلب./