Blås in i röret, snälla du. I framtiden, förfarandet kommer inte bara att användas av polisen som kontrollerar för alkoholförgiftning, men också för att testa konditionen hos idrottare och för människor som vill gå ner den där extra biten i vikt. En sensor utvecklad av ETH-forskare gör det möjligt att mäta när kroppen börjar bränna fett med en bekväm alkomätare.

Experter råder alla som vill gå ner i extra kilon att äta mindre och träna mer. Ett sätt är med uthållighetsträning, under vilken kroppen förbränner inte bara kolhydrater som socker, men också fett. Exakt när kroppen börjar bränna fett kan nu bestämmas genom att analysera, till exempel, biomarkörer i blodet eller urinen. Forskare vid ETH Zürich och universitetssjukhuset Zürich har nu utvecklat en metod för det mycket bekväma, realtidsövervakning av lipolys genom att testa en persons utandningar under träning.

"När man bränner fett, kroppen producerar biprodukter som letar sig in i blodet, " förklarar Andreas Güntner, en postdoc i gruppen ETH Professor Sotiris Pratsinis. I lungalveolerna, dessa molekyler - särskilt de flyktiga - kommer in i luften som andas ut av personen. Den mest flyktiga av dessa lipidmetaboliter är aceton. Güntner och hans kollegor har utvecklat en liten gassensor som mäter förekomsten av detta ämne. Sensorn är mycket känsligare än tidigare sensorer:den kan upptäcka en enda acetonmolekyl i hundra miljoner molekyler. Den mäter också uteslutande aceton, så de mer än 800 andra kända flyktiga komponenterna i utandningar påverkar inte mätningen.

Stora individuella skillnader

I samarbete med lungspecialister vid universitetssjukhuset Zürich under ledning av Malcolm Kohler, Professor och chef för lungkliniken, forskarna testade sensorns funktion hos frivilliga medan de tränade. Testpersonerna genomförde ett pass på en och en halv timme på cykelergometer med två korta pauser. Forskare bad testpersonerna att blåsa i ett rör som var anslutet till acetonsensorn med jämna mellanrum.

"Vi kunde visa hur acetonkoncentrationen i utandningarna varierar mycket från person till person, ", säger Güntner. Vetenskapliga åsikter brukade hävda att idrottare först börjar bränna fett efter en viss period av fysisk ansträngning och när en viss hjärtfrekvens uppnåtts, men denna uppfattning är nu föråldrad. Mätningarna som gjordes av forskarna i Zürich visade att lipolys hos vissa försökspersoner gjorde, faktiskt, börja först mot slutet av det en och en halv timme långa träningspasset. I de andra volontärerna, mätningarna visade att deras kroppar började bränna fett mycket tidigare.

Kontrollmätningar visade att den nya mätmetoden korrelerade bra med koncentrationen av biomarkören beta-hydroxibutyrat i testpersonernas blod. Denna blodanalys är en av dagens standardmetoder för att övervaka lipolys.

Interaktion med nanopartiklar

Sensorn som utvecklats av forskarna använder ett chip belagt med en porös film av speciella halvledande nanopartiklar. Partiklarna är volframtrioxid som forskarna har implanterat med enstaka kiselatomer.

Utvecklingen av chippet började för sju år sedan när ETH-professor Pratsinis och hans kollegor upptäckte att nanopartiklar av volframtrioxid interagerar med aceton om nanopartiklarnas atomer är ordnade i en viss kristallin struktur. Interaktionen minskar det elektriska motståndet hos chipet som är belagt med nanopartiklar, och detta fenomen kan sedan mätas.

Ursprungligen, Tanken var att använda chipet för att diagnostisera diabetes, eftersom utandningen från patienter med obehandlad typ 1-diabetes innehåller höga koncentrationer av aceton. Sedan dess, dock, forskarna har visat att sensorn faktiskt är tillräckligt känslig för att upptäcka de mycket låga acetonkoncentrationerna i en persons utandning under träning.

Chipet som används i denna studie är storleken på ett euromynt på 1 cent, men forskarna jobbar på att förfina mättekniken så att det blir möjligt med mycket mindre chips. Målet är att erbjuda chippet i en enhet av hanterbar storlek. "Detta skulle göra det möjligt för idrottare och människor som vill gå ner i vikt att själva kontrollera när deras kroppar börjar bränna fett så att de kan optimera sin träningsrutin, säger Güntner.

Billig, liten och ändå mycket känslig

Mycket känsliga acetonmätningar var redan möjliga med andra instrument, till exempel masspektrometrar, som är stora laboratorieapparater som kostar flera hundra tusen schweizerfranc. Forskarna använder dessa instrument i den aktuella studien för att verifiera sina mätningar. Bärbara utandningstest av aceton finns också redan, men de kan bara användas en gång och det tar flera minuter innan de visar resultaten. "Vår teknik har den stora fördelen att vara billig, hanterbar och ändå mycket känslig - plus att den kan göra mätningar i realtid, ", säger Güntner. "Detta gör den lämplig för dagligt bruk, medan du tränar på ett fitnesscenter eller för personer som går på diet."

Forskarna planerar nu att fortsätta utveckla sin mätmetod så att de så småningom kan marknadsföra den. De har redan en prototyp av instrumentet. Forskarna arbetar också med att utveckla gassensorer för andra medicinskt relevanta molekyler i utandningar, inklusive ammoniak för att testa njurfunktionen, isopren för att testa kolesterolmetabolism och olika aldehyder för tidig upptäckt av lungcancer.