En un estudio reciente publicado en Materiales de comunicación, los científicos revisaron las investigaciones actuales sobre el uso de sensores respiratorios portátiles para monitorear parámetros respiratorios como la temperatura, el flujo de aire y la humedad, y para detectar varios biomarcadores respiratorios.
También examinaron el uso de estos sensores para detectar enfermedades y observar patrones de respiración.
Estudiar: Desarrollos recientes en sensores respiratorios portátiles para el seguimiento de la atención sanitaria. Haber de imagen: metamorworks/Shutterstock.com
Antecedentes
Los diagnósticos clínicos a menudo han utilizado el análisis del aliento para hacer inferencias sobre la salud sistémica.
El análisis del aliento proporciona un método no invasivo para detectar y analizar las diversas firmas químicas en el aliento exhalado, incluida la presencia de moléculas orgánicas volátiles y semivolátiles, lípidos, proteínas, virus, bacterias y ácido desoxirribonucleico (ADN), que son indicadores. de estados patológicos y fisiológicos.
Los rápidos avances en tecnología médica, nanotecnología y ciencia de materiales han dado como resultado una gama más amplia de dispositivos portátiles que contienen sensores inteligentes para monitorear parámetros fisiológicos.
Con la incorporación de algoritmos de aprendizaje automático, estos dispositivos tienen una amplia gama de capacidades de monitoreo. El desarrollo de sensores respiratorios portátiles, como pequeños parches y sensores dentro de máscaras, permite recopilar y analizar datos respiratorios continuamente en tiempo real.
En esta revisión, los investigadores discutieron los métodos tradicionales de análisis del aliento y los desarrollos recientes en dispositivos portátiles de análisis del aliento que pueden usarse para realizar un monitoreo en tiempo real de la salud sistémica.
Métodos de análisis del aliento.
La revisión evaluó los diversos métodos de captura o muestreo del aliento que se incluyeron en las categorías amplias de aliento exhalado directamente en el equipo o dispositivo o recolectado mediante una bolsa de polímero u otros tipos de recipientes.
Algunos de estos dispositivos están incorporados en máscaras faciales, lo que proporciona un método portátil para recolectar muestras de condensado del aliento exhalado y de aerosoles del aliento exhalado.
Con el repentino aumento de máscaras faciales debido a la pandemia de la enfermedad del coronavirus 2019 (COVID-19), se están explorando ampliamente las membranas flexibles recolectoras de aliento, como las fabricadas con policarbonato poroso, para desarrollar dispositivos portátiles de recolección de aliento.
Los investigadores discutieron varios métodos, como la microextracción en fase sólida, los tubos de desorción térmica y los métodos de trampa con agujas, utilizados para desarrollar dispositivos portátiles para tomar muestras de aliento.
La revisión también analizó los métodos convencionales de análisis del aliento, como la espectrometría de masas con tubo de flujo de iones seleccionados, la cromatografía de gases junto con la espectrometría de masas y la espectrometría de masas con reacción de transferencia de protones. Estudios recientes también han explorado métodos como los que utilizan espectroscopia de absorción óptica y dispersión Raman mejorada en superficie, que han demostrado ser eficaces en la detección de biomarcadores en muestras de aliento.
Los métodos electroquímicos que utilizan materiales como los nanotubos de carbono proporcionan métodos alternativos para analizar gases y compuestos orgánicos volátiles.
Detección de biomarcadores
Aunque las técnicas convencionales de análisis del aliento proporcionan un método de análisis cuantitativo de biomarcadores con alta especificidad y sensibilidad, los instrumentos engorrosos y los altos costos dificultan la accesibilidad y limitan su alcance de aplicaciones.
Los dispositivos sensoriales de la respiración portátiles con métodos integrados para detectar biomarcadores permiten un seguimiento en tiempo real con facilidad y comodidad.
Estos dispositivos pueden analizar diversos biomarcadores como oxígeno, amoníaco, dióxido de carbono, peróxido de hidrógeno y numerosos patógenos. Los cambios drásticos en los niveles de oxígeno pueden ayudar a identificar hiperoxia o hipoxia, ambos indicadores de mala salud.
De manera similar, la hipercapnia y la hipocapnia (un exceso o déficit de dióxido de carbono en el aliento, respectivamente) son indicadores de acidosis o alcalosis respiratoria, las cuales pueden regresar a condiciones de salud graves y paro respiratorio.
Un aumento en los niveles de amoníaco en el aliento es un indicador de enfermedades renales y hepáticas o trastornos relacionados con el ciclo de la urea. El peróxido de hidrógeno en el aliento exhalado a menudo indica estrés oxidativo e inflamación en las vías respiratorias.
La revisión también encontró que la investigación reciente se ha centrado en desarrollar máscaras respiratorias con sensores de aliento para detectar virus respiratorios como el coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2).
Monitorización de parámetros respiratorios.
Además de los biomarcadores, los sensores respiratorios portátiles también pueden proporcionar un seguimiento continuo en tiempo real de parámetros de salud como la temperatura, el flujo de aire y el contenido de humedad del aliento exhalado, que son indicadores vitales de la salud general.
Los sensores portátiles de monitoreo del flujo de aire y la humedad se basan en un flujo de aire resistivo o capacitivo. Los sensores de flujo de aire también pueden autoalimentarse mediante el efecto triboeléctrico o piezoeléctrico. Los sensores de temperatura utilizan termistores con nanopartículas de óxido de níquel o sensores calorimétricos o piroeléctricos.
Conclusiones
En resumen, la revisión examinó la investigación existente y actual sobre dispositivos portátiles de análisis del aliento y discutió exhaustivamente una amplia gama de aplicaciones de estos dispositivos, incluido el muestreo y análisis continuo y en tiempo real de biomarcadores y parámetros respiratorios que son indicadores de enfermedades y enfermedades. salud.
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- Fuente: https://www.news-medical.net/news/20240326/Emerging-trends-in-wearable-breath-sensors-aim-at-personalized-healthcare-solutions.aspx
