Российские и итальянские ученые объединили усилия для создания сенсационного изобретения — портативного устройства, получившего название «электронный нос». Данная разработка открывает совершенно новые возможности ранней диагностики болезней дыхательной системы, в том числе хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), а также ряда других внутренних органов, используя для анализа только выдыхаемый человеком воздух. Проект был реализован при поддержке Российского научного фонда, а с российской стороны ключевым куратором стал ведущий ученый Иван Бобринецкий из НИУ «Московский институт электронной техники» и Сколтеха.
Инновационные сенсоры на основе углеродных нанотрубок
В основе разработки лежит новая поколение сенсорных компонентов — гибкие токопроводящие пленки, изготовленные из модифицированных углеродных нанотрубок. Эта технология позволяет создавать сенсоры, обладающие высокой чувствительностью и надежностью, которые легко интегрируются на любые поверхности. Благодаря своей эластичности и устойчивости такие сенсорные покрытия демонстрируют превосходные характеристики при длительном использовании и многократном тестировании.
Революция в неинвазивной диагностике ХОБЛ
Одной из главных проблем современной медицины остается быстрая и точная диагностика хронических заболеваний органов дыхания. ХОБЛ — это воспалительный процесс в бронхах, который ограничивает поступление кислорода и может стать причиной серьезных осложнений, особенно при сопутствующих вирусных заболеваниях. Традиционные методы анализа дыхания, такие как газовая хроматография и масс-спектроскопия, отличаются высокой стоимостью, сложностью и требуют значительных временных затрат.
Созданный «электронный нос» призван превзойти все существующие методики. Он способен распознавать ХОБЛ всего за несколько минут без дискомфорта для пациента. Как отмечает руководитель проекта Иван Бобринецкий, сенсоры многоразовы и просты в использовании, а первичная обработка и анализ результатов осуществляются с помощью современных вычислительных методов, включая искусственный интеллект, что гарантирует высокую достоверность заключений без участия человека.
Точные клинические испытания и эффективность
Экспериментальное тестирование устройства прошло на группе добровольцев: 12 человек с подтвержденным диагнозом ХОБЛ и 9 здоровых участников. Результаты показали, что «электронный нос» безошибочно определяет наличие заболевания у всех пациентов, а это значит, что новый метод имеет колоссальный потенциал для ранней и массовой диагностики болезни. Уникальные сенсоры смогли зафиксировать концентрации диоксида азота — ключевого маркера ХОБЛ — в дыхании на ультранизком уровне, менее одной молекулы на миллион, что свидетельствует о невероятной чувствительности системы.
Детальная диагностика различных заболеваний по биомаркерам
Разработанная система способна анализировать состав выдыхаемого воздуха на наличие множества летучих веществ, каждое из которых может указывать на конкретное заболевание. Например, повышенное содержание аммиака говорит о нарушениях работы печени и почек, сероводород — о бронхиальной астме, а ацетон характерен для пациентов с сахарным диабетом. Исследования также показали, что 2-пропанол, бензол и этанол нередко присутствуют в воздухе, выдыхаемом онкологическими пациентами. Интересно, что концентрация гипохлорита натрия позволяет судить о рисках кистозного фиброза и бронхиальной астмы у детей. В будущем ожидается, что система будет легко калиброваться под новые маркеры и расширять диагностический диапазон.
«Нарушения в работе любых внутренних органов человека отражаются на его метаболических процессах, а значит, и на химическом составе выдыхаемого воздуха. Используемая нами технология делает такой анализ доступным и эффективным», — подчеркивает Иван Бобринецкий. Тем самым «электронный нос» становится не только инструментом для ранней диагностики болезней легких, но и целого спектра иных патологий организма.
Цифровизация медицины и перспективы внедрения
Ключевое преимущество новой разработки — цифровизация диагностики на всех этапах. После сбора данных сигналы незамедлительно подвергаются статистическому анализу на базе современных машинных алгоритмов, что позволяет проводить быструю обработку больших массивов информации. Такой подход особенно актуален для массовых скринингов и дистанционной медицины, а также для регулярного мониторинга состояния здоровья на дому.
«Электронный нос» интегрируется с мобильными и портативными устройствами, благодаря чему врачи и пациенты могут получать результаты обследований в режиме реального времени с минимальными затратами времени и ресурсов. Это открывает новые горизонты для профилактики тяжелых осложнений, повышения продолжительности и качества жизни миллионов людей.
Будущее здравоохранения: к перспективе личной диагностики
Успех исследования дает основания утверждать, что технологии, разрабатываемые при поддержке Российского научного фонда и с участием ведущих специалистов таких центров, как Сколтех и НИУ "Московский институт электронной техники", формируют новый стандарт заботы о здоровье. Уже в скором времени подобные устройства могут войти в повседневную медицинскую практику, сделав быструю диагностику доступной, оперативной и безопасной для каждого человека.
Команда ученых убеждена в огромном потенциале дальнейшего развития «электронного носа» для диагностики самых разных болезней, что позволит значительно повысить эффективность профилактических и лечебных мероприятий в масштабах всего общества.
В качестве визуального примера ученые представили матричную плату системы, включающую восемь чувствительных сенсорных элементов, — это реальный шаг на пути к умной персонализированной медицине будущего.
