小型电子鼻，可识别人体肺部疾病
来自俄罗斯和意大利的研究人员提出了一种紧凑的传感器系统，可以实现电子鼻设备的功能，并开发了一种可复制的制造技术。该设备是一个灵活的电子平台，可以分析呼出的空气，并识别呼吸道和器官的病变。
在实验过程中，该装置得到了验证精度高在确定患者患有慢性阻塞性肺疾病COPD是一种呼吸道炎症性疾病，在感染COVID-19期间会增加并发症的风险。
慢性阻塞性肺疾病(COPD)发生于支气管黏膜，对致病外部因素作出反应，导致呼吸道功能发生负性改变。慢性阻塞性肺病患者无法获得必要的氧气，因为吸入的空气流量有限。慢性阻塞性肺病通常由气体和挥发性颗粒引起，如灰尘、烟草、镉和硅颗粒等。检测这种疾病的方法既复杂又耗时，这与对患者健康的威胁有着密不可分的联系。
常规方法呼吸分析例如气相色谱法和质谱法，既昂贵又耗时，因此需要以低成本和检测速度著称的新方法。慢性阻塞性肺病是一个紧迫的问题，因为该疾病可能导致患者的身体机能限制和残疾。值得注意的是，COPD患者如果感染COVID-19，发生并发症的风险最大。
“故障人体器官引起代谢过程中一些过程的改变，从而影响呼出空气．它的分析可用于识别呼吸系统以及其他内部器官(如胃)的疾病，”俄罗斯科学基金会资助项目经理、国立电子技术研究大学首席研究助理Ivan Bobrinetskiy博士解释说。“提出的电子鼻概念可在短短几分钟内进行操作监测和初步检测疾病。同时，传感器是可重复使用的，使用统计数据分析方法，包括人工智能的能力，将基本数据和器官可能病理的识别从设备转移到数字模式。”
该系统基于改性碳纳米管(CNTs)，使电子鼻具有多种特性。例如，柔性导电薄膜可以由碳纳米管制成。为了向系统提供负责设备操作的电子结构层，需要这样的薄膜。碳纳米管是通过气溶胶化学气相沉积合成的，并以透明导电薄膜的形式沉积。这项技术具有高度的可重复性，易于扩展，并允许将纳米管薄膜应用于任何表面，”斯科尔科沃科学技术研究所和俄罗斯科学院的Albert Nasibulin教授说。
根据临床试验规则，新系统的有效性研究涉及12名COPD患者和9名健康个体。在一次性聚四氟乙烯(PTFE)中进行呼吸采样塑料袋由一种非常惰性的材料制成，并包含一个传感器矩阵。受试者通过塑料吸管吸入并尽可能多地给袋子充气。当吸管被移除时，包装就被密封了。袋子内的传感器矩阵与呼出的空气接触约三分钟，以便所有传感器都能充分工作，并与表征病理的气体分子相互作用。然后用干燥空气对系统进行清洁，以备下一次研究。每隔一小时从每位参与者身上采集样本。
由于该系统检测到了所有COPD患者，因此可以说该设备是有效的。在呼出的空气中，检测到二氧化氮浓度增加。值得注意的是，呼出空气中的气体含量小于百万分之一，这表明所开发的传感器具有很高的灵敏度。
研究人员还成功地在可以表征其他疾病的气体上测试了他们的系统。本研究选择的挥发物(氨、二氧化氮、次氯酸钠例如，水、苯、硫化氢、丙酮、乙醇和2-丙醇)与特定疾病相关，可能被视为它们的生物标志物。因此，肺癌患者呼出的空气中2-丙醇、苯、乙醇和丙酮的含量增加，而糖尿病患者则发现丙酮。人类呼吸中高浓度的氨与肝脏或肾脏疾病有关，硫化氢已被提出作为哮喘的生物标志物。次氯酸钠浓度是支气管哮喘和囊性纤维化儿童呼出空气中含量增加。
