Nariz electrónica compacta para identificar enfermedades pulmonares humanas
La placa de matriz de nariz electrónica con ocho sensores. Crédito: Sonia Freddi et al / Advanced Healthcare Materials
Investigadores de Rusia e Italia han propuesto un sistema de sensor compacto que puede implementar la funcionalidad de un dispositivo de nariz electrónico y han desarrollado una tecnología reproducible para su fabricación. El dispositivo es una plataforma electrónica flexible que puede analizar el aire exhalado e identificar patologías del tracto respiratorio y los órganos.
Durante los experimentos, el dispositivo demostró una alta precisión en la determinación de pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), una enfermedad inflamatoria de las vías respiratorias, que aumenta el riesgo de complicaciones durante la infección por COVID-19.
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) se desarrolla en la mucosa bronquial en respuesta a factores externos patógenos y conduce a un cambio negativo en las funciones del tracto respiratorio. Una persona con EPOC no puede recibir el oxígeno necesario porque el flujo de aire inhalado es limitado. La EPOC es comúnmente causada por gases y partículas volátiles como partículas de polvo, tabaco, cadmio y silicio, entre otras. Los métodos para detectar esta enfermedad son complejos y requieren mucho tiempo, lo que está inextricablemente relacionado con una amenaza para la salud del paciente.
Los métodos convencionales para el análisis del aliento, como la cromatografía de gases y la espectroscopia de masas, son costosos y requieren mucho tiempo, por lo que se requieren nuevos enfoques que se destaquen por su bajo costo y velocidad de prueba. La EPOC es un problema urgente, ya que la enfermedad puede conducir a la limitación del rendimiento físico y la discapacidad de los pacientes. Es importante tener en cuenta que las personas con EPOC tienen mayor riesgo de complicaciones si se infectan con COVID-19.
«El mal funcionamiento de los órganos humanos provoca un cambio en una serie de procesos en el metabolismo, lo que afecta la composición del aire exhalado. Su análisis se puede utilizar para identificar enfermedades del sistema respiratorio, así como de otros órganos internos, como el estómago», explica el Dr. Ivan Bobrinetskiy, director de proyectos de la subvención de la Fundación Rusa de Ciencias, investigador principal asociado de la Universidad Nacional de Investigación de Tecnología Electrónica. “El concepto propuesto de nariz electrónica permite el monitoreo operativo y la detección preliminar de enfermedades en solo unos minutos. Al mismo tiempo, los sensores son reutilizables y los datos básicos y la identificación de posibles patologías de los órganos se transfieren desde el dispositivo. al modo digital utilizando métodos de análisis de datos estadísticos, incluidas las capacidades de la inteligencia artificial».
El sistema se basa en nanotubos de carbono modificados (CNT), lo que permite que la nariz electrónica combine múltiples propiedades. Por ejemplo, se pueden fabricar películas conductoras flexibles a partir de nanotubos de carbono. Estas películas son necesarias para dotar al sistema de una capa de estructura electrónica responsable del funcionamiento del dispositivo. «Los CNT se sintetizaron mediante deposición de vapor químico en aerosol y se depositaron en forma de películas delgadas transparentes y conductoras. Esta tecnología es altamente reproducible, fácilmente escalable y permite aplicar películas de nanotubos a cualquier superficie», dijo Albert Nasibulin, profesor del Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología y la Academia Rusa de Ciencias.
En el estudio de la eficacia del nuevo sistema participaron 12 pacientes con EPOC y nueve individuos sanos de acuerdo con las normas de los ensayos clínicos. El muestreo del aliento se llevó a cabo en bolsas de plástico desechables de politetrafluoroetileno (PTFE) hechas de un material muy inerte y que contenían una matriz sensora. Los sujetos inhalaron e inflaron la bolsa tanto como les fue posible a través de una pajita de plástico. Cuando se retiró la pajilla, se sellaron los paquetes. La matriz del sensor dentro de la bolsa estuvo en contacto con el aire exhalado durante unos tres minutos, para que todos los sensores pudieran funcionar completamente e interactuar con las moléculas de gas que caracterizan la patología. Luego se limpió el sistema con aire seco para el siguiente estudio. Se recolectaron muestras de cada participante con un intervalo de una hora.
Dado que el sistema detectó a todas las personas con EPOC, se puede argumentar que el dispositivo es efectivo. En el aire exhalado, se detectó una mayor concentración de dióxido de nitrógeno. Cabe señalar que el contenido de gas es inferior a una molécula por millón de moléculas del aire exhalado, lo que indica una alta sensibilidad de los sensores desarrollados.
Los investigadores también han probado con éxito su sistema en gases que pueden caracterizar otras enfermedades. Los volátiles seleccionados para este estudio (amoníaco, dióxido de nitrógeno, hipoclorito de sodio, agua, benceno, sulfuro de hidrógeno, acetona, etanol y 2-propanol) están asociados con enfermedades específicas y potencialmente pueden considerarse sus biomarcadores. Así, el contenido de 2-propanol, benceno, etanol y acetona en el aire exhalado aumenta en personas con cáncer de pulmón, mientras que la acetona se encuentra en pacientes con diabetes. Una alta concentración de amoníaco en el aliento humano está asociada con enfermedades hepáticas o renales, y el sulfuro de hidrógeno se ha propuesto como biomarcador del asma. La concentración de hipoclorito de sodio es un contenido aumentado en el aire exhalado en niños con asma bronquial y fibrosis quística.
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EPOC y tabaquismo asociados con una mayor mortalidad por COVID-19: estudio Más información: Sonia Freddi et al, Development of a Sensing Array for Human Breath Analysis Based on SWCNT Layers Functionalized con moléculas orgánicas semiconductoras, materiales sanitarios avanzados (2020). DOI: 10.1002/adhm.202000377 Información de la revista: Advanced Healthcare Materials
Proporcionado por el Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología Cita: Nariz electrónica compacta para identificar enfermedades pulmonares humanas ( 2020, 15 de mayo) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-compact-electronic-nose-human-lung.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.