Manchester-forskare har utvecklat en ny typ av bärbar sensor som exakt kan spåra din andning, även de minsta förändringar i utandnings- och inandningsprocesserna. Denna innovation beskrivs i en studie publicerad i Advanced Materials , banar väg för förbättrad övervakning av andningshälsa och sjukdomar.
Sensorn, baserad på ett 2D-material som kallas hexagonal bornitrid (h-BN), är betydligt känsligare och mer exakt än tidigare konstruktioner. Den kan upptäcka även subtila variationer i andningsmönster, som de som orsakas av astma eller sömnapné.
"Vår sensor är som en mycket exakt mikrofon för ditt andetag", säger huvudförfattaren Prof. Cinzia Casiraghi, forskare vid University of Manchester. "Den kan ta upp de minsta förändringarna i luftflödet och ge värdefull fysiologisk information om en individ, till exempel relaterad till deras hjärt-, neurologiska och lungtillstånd samt vissa typer av sjukdomar."
Så fungerar det
Det aktiva materialet i sensorn är tillverkat av ett hexagonalt bornitridbläck, som har designats av supramolekylär kemi för att ge ökad känslighet för vattenmolekyler. Bläcket avsätts mellan elektroderna i form av en tunn film och sedan appliceras ett alternerande elektriskt fält på elektroderna.
När du andas in och andas ut förändras filmens elektriska signal baserat på den lokala luftfuktigheten, vilket visar en karakteristisk "V-form" förknippad med hela andningscykeln. Förändringar i V-formen kan därför hänföras till förändringar i utandnings-inandningsprocessen, till exempel på grund av hosta, feber, rinnande och täppt näsa.
Den nya sensorn har flera fördelar jämfört med befintlig teknik. Det är mer känsligt, vilket innebär att det kan upptäcka mindre förändringar i andetag. Det är också snabbare, med en svarstid på bara millisekunder. Och den påverkas inte av temperatur eller andra miljöfaktorer, vilket gör den mer tillförlitlig för verklig användning. Dessutom kan den enkelt integreras i ansiktsmasker.
Möjliga applikationer
Forskarna tror att deras sensor har potential att revolutionera hur vi övervakar andningshälsa, och den kan användas för att spåra effektiviteten av andningsbehandlingar.
"Den här sensorn har potential att göra en verklig skillnad i livet för människor med luftvägsproblem", säger Dr Liming Chen, postdoktor i Casiraghi-gruppen som har arbetat med detta projekt. "Det kan hjälpa oss att diagnostisera sjukdomar tidigare, spåra utvecklingen av sjukdomar och hjälpa oss att göra personliga behandlingsplaner."
Forskarna arbetar nu med att utöka tekniken för att uppnå hög känslighet och selektivitet mot utvalda biomarkörer som finns i andedräkten som är förknippade med sjukdomar, till exempel luftvägsammoniak.
De hoppas få se sin teknik i händerna på patienter och vårdgivare inom en snar framtid.
Mer information: Liming Chen et al, bärbara sensorer för andningsövervakning baserade på vattenbaserade hexagonala bornitridbläck gjorda med supramolekylär funktionalisering, avancerade material (2024). DOI:10.1002/adma.202312621
Journalinformation: Avancerat material
Tillhandahålls av University of Manchester
