По оценкам, только в США около 37 млн взрослых (каждый восьмой) страдают диабетом, и примерно пятая часть из них вовсе не подозревает о своем состоянии. Традиционные диагностические процедуры, включая анализ крови, требуют посещения клиники и связаны с высокими затратами и неудобствами. Новый сенсор устраняет эти барьеры: пациент просто выдыхает в специальный пакет, а результаты становятся доступны почти мгновенно.
Ключевым биомаркером здесь выступает ацетон — естественный продукт жирового метаболизма. Хотя мы все выдыхаем ацетон, его концентрация свыше 1,8 частей на миллион указывает на повышенный риск диабета. Хуанью Ларри Ченг, ведущий автор исследования и доцент инженерного факультета, пояснил, что подобный подход позволяет избежать ограничений предыдущих методов диагностики, например, тех, что анализировали пот, но требовали его индукции через физическую нагрузку, сауну или химические раздражители.
Сенсор основан на лазерно-индуцированном графене — пористом материале, получаемом путем воздействия CO₂‑лазера на полиизидную пленку, по аналогии с тем, как хлеб при излишне долгой тостовой обжарке превращается в углеродное вещество. Полученный материал обладает высокой пористостью, что улучшает проникновение газов. Однако сам по себе он недостаточно селективен, и тогда в конструкцию вводят оксид цинка (ZnO). Комбинация двух материалов создаёт чувствительный P–N‑переход, усиливая избирательное обнаружение ацетона.
Дополнительная сложность заключается в высокой влажности воздуха, которая может искажать показания датчика. Для решения этой проблемы учёные внедрили полупроницаемую мембрану, пропускающую ацетон, но задерживающую воду.
На данный момент сенсор требует, чтобы человек выдохнул в пакет, что исключает влияние окружающего воздуха. В перспективе исследователи планируют создать компактные версии, работающие непосредственно под носом или в маске, что позволит использовать устройство по принципу «умной накладки».
Учёный также отмечает возможные расширения применения технологии: отслеживание динамики ацетона в выдохе в зависимости от диеты и физических нагрузок, аналогично мониторингу глюкозы, может открыть новые пути персонализированных решений для здоровья.
Среди перспектив: дальнейшая миниатюризация сенсора, создание носимых форм-факторов и сбор клинических данных — особенно важно протестировать устройство на людях с нарушенным углеводным обменом и в повседневных условиях. Также интерес представляет возможная корреляция концентрации ацетона с метаболическими маркерами, такими как кетоны, углеводы или аэробная активность.
Финансирование проекта осуществляли Национальные институты здравоохранения США и Национальный научный фонд (NIH и NSF). Результаты опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
