Новый носимый датчик точно отслеживает мельчайшие изменения в процессе дыхания

Ученые из Манчестера разработали новый тип носимого датчика, который может точно отслеживать дыхание, включая малейшие изменения в процессах выдоха и вдоха. Эта инновация, описанная в исследовании, опубликованном в Advanced Materials, открывает путь к улучшенному мониторингу здоровья дыхательной системы и заболеваний.

Датчик на основе 2D-материала, называемого гексагональным нитридом бора (h-BN), значительно более чувствителен и точен, чем предыдущие конструкции. Он может обнаруживать даже тонкие вариации в паттернах дыхания, например, вызванные астмой или апноэ во сне.

«Наш датчик похож на высокоточный микрофон для вашего дыхания», — говорит ведущий автор, профессор Чинция Казираги из Манчестерского университета. — «Он может улавливать мельчайшие изменения воздушного потока, предоставляя ценную физиологическую информацию об индивидууме, например, связанную с его сердечными, неврологическими и легочными состояниями, а также с определенными типами заболеваний».

Как это работает

Активный материал датчика изготовлен из чернил на основе гексагонального нитрида бора, которые были разработаны методами супрамолекулярной химии для повышения чувствительности к молекулам воды. Чернила наносятся в виде тонкой пленки между электродами, после чего к электродам прикладывается переменное электрическое поле.

При вдохе и выдохе электрический сигнал пленки изменяется в зависимости от локальной влажности, показывая характерную «V-образную форму», связанную с полным дыхательным циклом. Изменения в V-образной форме, следовательно, могут быть связаны с изменениями в процессе выдоха-вдоха, например, из-за кашля, лихорадки, насморка или заложенности носа.

Новый датчик имеет несколько преимуществ перед существующими технологиями. Он более чувствителен, то есть может обнаруживать меньшие изменения в дыхании. Он также быстрее, с временем отклика всего в миллисекунды. И на него не влияют температура или другие факторы окружающей среды, что делает его более надежным для реального использования. Кроме того, его можно легко интегрировать в лицевые маски.

Потенциальное применение

Исследователи считают, что их датчик может революционизировать способ мониторинга здоровья дыхательной системы, и его можно будет использовать для отслеживания эффективности респираторного лечения.

«Этот датчик может реально изменить жизнь людей с проблемами дыхания», — говорит доктор Лимин Чен, постдок в группе Казираги, работавший над этим проектом. — «Он может помочь нам раньше диагностировать заболевания, отслеживать их прогрессирование и способствовать созданию персонализированных планов лечения».

Сейчас исследователи работают над расширением технологии для достижения высокой чувствительности и селективности к выбранным биомаркерам, обнаруживаемым в дыхании и связанным с заболеваниями, например, к аммиаку.

Они надеются, что в ближайшем будущем их технология окажется в руках пациентов и медицинских работников.