Yeni grafen sensörü: astımı zamanında tespit edebilir!
Kılavuz
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rutgers Üniversitesi'ndeki bilim adamları, astım ataklarını erken tespit edip uyarabilen, böylece astım ve diğer solunum yolu hastalıklarının tedavisini iyileştiren grafen bazlı bir sensör tasarladı.
Anahtar kelime
Astım, grafen, biyosensör, nefes alma
arka fon
Bugün tanıtılan yenilikçi teknoloji insan sağlığı ile de ilgilidir ve yaygın bir solunum yolu hastalığı ile ilgilidir: astım.
Astımlı bir hasta akciğer muayenesi geliştirdiğinde bir ıslık sesi, yani "hırıltı" duyabilir. Hastalarda nefes darlığı, göğüste sıkışma, nefes darlığı, öksürük gibi belirtiler olacaktır. Zamanında alınmazsa veya tedavi ile rahatlatılmazsa ağır vakalarda hastanın hayatı tehlikeye girer.
Aşağıda, astımın başlangıcında insan solunum yolu hakkında daha derinlemesine bir anlayışa sahibiz:
-
A: Vücuttaki akciğerlerin ve solunum yollarının konum haritası
-
B: Normal zamanda solunum yolunun enine kesit görünümü
-
C: Astım semptomları sırasında solunum yolunun enine kesit görünümü
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Yukarıdaki resimden, astım atağı sırasında trakeal duvar kaslarının kasıldığı ve hava yolunun çapının küçülüp daraldığı, bu da insan vücudunun nefes almasını zorlaştırdığı görülmektedir.
Sigara içmek, hava kirliliği, solunum virüsü enfeksiyonları, çevresel faktörler, yorucu egzersiz, iklim değişikliği, soğuk havanın solunması gibi çeşitli spesifik olmayan uyaranlar ve zihinsel faktörler astımı tetikleyebilir. Dünyada yaklaşık 300 milyon astım hastası olduğu ve Çin'de yaklaşık 30 milyon astım hastası olduğu tahmin ediliyor ve morbidite ve mortalite hala artıyor.
Bununla birlikte, astım gibi solunum yolu hastalıkları için erken teşhis büyük önem taşır, sadece tedavi etkisini iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda hastanın hastalığının daha da kötüye gitmesini ve hatta ölümünü önler.
Bu nedenle tıp topluluğu, hayati kapasiteyi ve ekshale edilen nitrik oksidi belirlemek için kullanılan spirometri gibi astımı teşhis etmek için bazı invazif olmayan yöntemler de geliştirmiştir. Bu, hastalıkları saptamak için ekshale nefesi kullanma yöntemini ilk kez sunmuyor.Yazar, önceki "Gaz Sensörü: Nefes Verebilir Nefes Hastalığı Kontrol Edebilir mi? "," İsrail Yeni Teknoloji: Nefes alın, kanseri teşhis edebilirsiniz! "," ABD'nin en son teknolojisi: nefes alın, grip virüsünü tespit edebilirsiniz! "Bu makalelerde benzer yöntemler tanıtıldı.
Bununla birlikte, spirometri ve diğer yöntemlerin astımı tespit etmek için kullanılması sadece duyarlılık açısından düşük olmakla kalmaz, aynı zamanda pahalı ve hantal ekipman gerektirir, bu nedenle hastalar bunları hiçbir zaman yanlarında taşıyamazlar. Ek olarak ve daha da önemlisi, solunum iltihabının doğası ve boyutu hakkında sınırlı açıklamalara sahiptir.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, New Brunswick'teki Rutgers Üniversitesi'ndeki bilim adamları, astım ataklarını erken tespit edebilen, astım ve diğer solunum hastalıklarının tedavisini iyileştirebilen ve hastaların daha kötüye gitmesini önleyebilen grafen bazlı bir sensör tasarladı. ölüm.
Okulun Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü'nde yardımcı doçent olan Mehdi Javanmard ve okulun çeşitli ekibinden uzmanlar, bu yenilikçi buluşu bir makalede anlattı. Makale bugün çevrimiçi olarak "Microsystems and Nano Engineering" dergisinde yayınlandı.
teknoloji
-
EBC
Teknolojiden bahsetmişken, önce ekshale hava kondensatı (EBC) olan yeni bir konsept sunmalıyız. EBC için basitçe anlayabiliriz:
İnsan vücudu nefes aldığında solunum yolundaki biyobelirteç molekülleri ekshale edilen hava ile vücuttan dışarı atılabilir.Dış sıcaklık düştüğünde su buharının yoğunlaşması ile EBC haline gelebilir.
EBC, hidrojen peroksit, nitrit ve nitrat gibi uçucu olmayan bileşiklerin yanı sıra eikosanoidler, proteinler ve hatta nükleik asitler gibi daha büyük moleküller içerir. Bu nedenle, EBC'deki biyobelirteçlerin ölçümü, moleküler düzeyde astımın daha iyi anlaşılması ve daha kesin ve etkili hastalık tedavisi ve önlenmesi için yararlıdır.
Daha ayrıntılı bir anlayış için, EBC'deki nitrit, astımda oksidatif stres ve inflamasyon sürecini ölçmek için bir biyobelirteç olarak kullanılır. Aşağıdaki resme başvurabiliriz:
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
-
Elektrokimyasal yöntem
Bundan, biyobelirteçlerin akciğerlerden nefesle ekshale edildiğini ve daha sonra kondansatörde bir EBC sıvı numunesine yoğunlaştığını görebiliriz Sonraki adım, numunedeki nitriti tespit etmektir. Nitrit tespiti için birkaç seçenek vardır.Araştırmacılar sonunda elektrokimyasal yöntemi seçtiler. .
Araştırmacılar elektrokimyasal yöntemi seçiyor çünkü:
Elektrokimyasal çözüm, ön işlem aşamalarını gerektirmez, minyatürleştirilebilir, gerçek zamanlı olarak tespit edilebilir ve hatta giyilebilir cihazlara entegre edilebilir.
-
Grafen
Sonra, çok önemli bir soru var, yani nitritin elektrokimyasal tespiti için sensörü yapmak için hangi elektrot malzemesi kullanılmalı?
Araştırmacılar grafeni seçti. Ancak yazar, grafenin ilkelerini ve uygulamalarını daha önce birçok makalesinde tanıtmıştır. Mükemmel performansa sahip yeni bir malzemedir. Bal peteği yapısı karbon atomlarından oluşur ve kalınlık yalnızca tek bir atom tabakasıdır. Olağandışı yapısı nedeniyle, mukavemet, elektriksel iletkenlik ve termal iletkenlik açısından mükemmeldir.
Araştırmacının makalesine göre, grafen bazlı elektrot malzemeleri düşük aşırı potansiyel, korozyon direnci, düşük elektron göç direnci, düşük artık akım, geniş potansiyel pencere, iyi kimyasal kararlılık ve kimyasal işlevselleştirme için büyük potansiyele sahiptir. En önemlisi, indirgenmiş grafene dayalı bu elektrokimyasal sensör, ekshale edilen gaz yoğunlaşmasındaki nitriti doğru bir şekilde ölçebilir.
-
Üretim süreci
Şimdi elektrokimyasal mikroakışkan birimde oluşan indirgenmiş grafen oksit biyosensörün üretim sürecine kısaca bir göz atalım. Basit bir örnek için, araştırmacının makalesindeki bir resme kısaca bakalım:
( a ) Serigrafi elektrot yöntemi ile yapılan elektrotlar. ( b ) Altın elektrodun üzerine iki damla mikro grafen oksit çözeltisini ( c Resimde ince bir grafen oksit tabakası oluşmuş, ( d PDMS membranında küçük alanları nasıl işgal ettiğimizi gösterir. ( e ) Nitriti tespit etmek için kullanılan sensörün resmi.
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [2])
değer
Bu araştırmanın değeri için en önemli yönler pratiklik ve dakikliktir. Gelecekte, sensörün astım hastalarının sağlığını tespit etmek ve ilaçları ne zaman alacakları ve ilaç dozu gibi ilgili sağlık risklerini hatırlatmak için Fitbit bilezikler gibi giyilebilir cihazlara entegre edilmesi muhtemeldir.
Bu, astım önleme ve tedavisinin hassasiyetini ve kişiselleştirilmesini daha da artıracak, her zaman ve her yerde tespit edilmesini, astım semptomlarının erken teşhisini ve hastalara bunları hemen tedavi etmelerini hatırlatmayı sağlayacaktır. Örneğin, çevresel faktörler, hava kirliliği ve diğer koşullar astımı tetikleyebildiğinde, sensör hastanın hastalık riskini zamanında kontrol etmeye ve ilacı daha iyi yönetmeye yardımcı olur. Aynı zamanda, hastanelerin astım tedavisinin etkinliğini tespit etmesine de yardımcı olabilir.
gelecek
Bir sonraki adımda, araştırmacılar beş yıl içinde ticari olarak satışa sunulacak taşınabilir ve giyilebilir sistemler geliştirecekler. Ek olarak, araştırmacılar, cihazın algılayabileceği inflamasyon biyobelirteçlerinin sayısını daha da artıracak.
Referans
[1]
[2]
Değişimi daha fazla tartışması gereken arkadaşlar, lütfen yazarla doğrudan WeChat: JohnZh1984 üzerinden iletişime geçin veya WeChat genel hesabını izleyin: IntelligentThings.
