Хирургические маски помогают предотвратить распространение патогенов, передающихся воздушно-капельным путем, поэтому они были повсеместно распространены во время пандемии COVID-19. Теперь модифицированная маска может оценить состояние здоровья своего владельца, обнаружив хроническую болезнь почек. Исследователи, опубликовавшие доклад в журнале ACS Sensors, встроили специальный датчик дыхания в ткань лицевой маски для обнаружения метаболитов, связанных с болезнью. В ходе первых испытаний датчик в большинстве случаев правильно определял людей с заболеванием почек.
Почки удаляют отходы, образующиеся в результате метаболических процессов в организме. Но в случае хронической болезни почек (ХБП) эти органы повреждаются и со временем утрачивают свою функцию, что может иметь самые разные последствия для здоровья человека. По оценке Центра по контролю и профилактике заболеваний США, 35 миллионов американцев страдают ХБП, и еще многие могут иметь это заболевание, не зная о нем. В настоящее время медики диагностируют болезнь путем измерения метаболитов в крови или моче, но недорогие и понятные в использовании системы могут упростить этот процесс.
Химический датчик дыхания — диагностический инструмент, который изучается в настоящее время, поскольку люди с ХБП выдыхают повышенный уровень аммиака. Однако аммиак также связан с другими заболеваниями. Коррадо Ди Натале и его коллеги хотели создать специальный датчик, который бы одновременно определял аммиак и другие метаболиты, связанные именно с ХБП.
Для удобства использования ученые встроили датчик в привычную форму хирургической маски. Чтобы создать прибор, команда сначала покрыла серебряные электроды проводящим полимером, который обычно используется в химических датчиках. Для повышения чувствительности полимер был модифицирован порфиринами — молекулами, чувствительными к летучим соединениям. Электроды с покрытием были помещены между слоями одноразовой медицинской маски для лица, а провода соединили маску с электронным считывающим устройством. Когда отдельные газы взаимодействовали со специализированным полимером, это приводило к измеримому изменению электрического сопротивления. Первые эксперименты на воздухе подтвердили высокую чувствительность датчика к метаболитам, связанным с ХБП, включая аммиак, этанол, пропанол и ацетон.
Маски были протестированы на 100 людях. У половины участников был диагноз ХБП, а у другой половины (контрольная группа) — нет. Датчик правильно определял наличие у пациента ХБП в 84% случаев и отсутствие ХБП в 88% случаев. Кроме того, результаты показывают, что данные сенсора могут быть использованы для оценки стадии заболевания почек, что может быть очень ценным в диагностическом процессе.
Новый прибор открывает потенциал для простого, неинвазивного и экономически эффективного мониторинга пациентов с ХБП. «Ожидается, что внедрение этой технологии позволит улучшить ведение пациентов с заболеваниями почек, способствует своевременному выявлению изменений в прогрессировании заболевания», — говорят Серджио Бернардини и Аннализа Ноче, соавторы исследования.
[Фото: аdapted from ACS Sensors 2025, DOI: 10.1021/acssensors.4c03227 / Sergio Bernardini and Annalisa Noce]
