במחקר שפורסם לאחרונה ב חומרי תקשורתמדענים סקרו את המחקר הנוכחי על שימוש בחיישני נשימה לבישים לניטור פרמטרים נשימתיים כגון טמפרטורה, זרימת אוויר ולחות, וכדי לזהות סמנים ביולוגיים נשימתיים שונים.
הם גם בחנו את השימוש בחיישנים אלו באיתור מחלות ובצפייה בדפוסי נשימה.
לימוד: פיתוחים אחרונים בחיישני נשימה לבישים לניטור בריאות. קרדיט תמונה: metamorworks/Shutterstock.com
רקע כללי
אבחנות קליניות השתמשו לעתים קרובות בניתוח נשימה כדי להסיק מסקנות לגבי בריאות מערכתית.
ניתוח נשימה מספק שיטה לא פולשנית לאיתור וניתוח החתימות הכימיות השונות בנשימה בנשיפה, לרבות נוכחות של מולקולות אורגניות נדיפות למחצה ונדיפות, שומנים, חלבונים, וירוסים, חיידקים וחומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA), שהם אינדיקטורים. של מצבים פתולוגיים ופיזיולוגיים.
התקדמות מהירה בטכנולוגיה רפואית, ננוטכנולוגיה ומדעי החומר הביאו למגוון רחב יותר של מכשירים לבישים המכילים חיישנים חכמים לניטור פרמטרים פיזיולוגיים.
עם תוספת של אלגוריתמי למידת מכונה, למכשירים אלו יש מגוון רחב של יכולות ניטור. הפיתוח של חיישני נשימה לבישים, כגון טלאים קטנים וחיישנים בתוך מסכות, מאפשר לאסוף נתוני נשימה ולנתח אותם באופן רציף בזמן אמת.
בסקירה זו דנו החוקרים בשיטות המסורתיות של ניתוח נשימה ובהתפתחויות האחרונות במכשירי ניתוח נשימה לבישים שניתן להשתמש בהם כדי לבצע ניטור בזמן אמת של בריאות המערכת.
שיטות ניתוח נשימה
הסקירה העריכה את השיטות השונות של לכידת נשימה או דגימה שנכללו בקטגוריות הרחבות של נשימה שנשפת ישירות לציוד או למכשיר או שנאספה באמצעות שקית פולימר או סוגים אחרים של מיכלים.
חלק מהמכשירים הללו משולבים במסכות פנים, ומספקים שיטה ניידת לאיסוף עיבוי נשימה נשוף ודגימות אירוסול נשיפה.
עם העלייה הפתאומית במסכות פנים עקב מגיפת נגיף הקורונה 2019 (COVID-19), ממברנות קולטי נשימה גמישות, כגון אלו המיוצרות באמצעות פוליקרבונט נקבובי, נחקרות בהרחבה לפיתוח מכשירי איסוף נשימה לבישים.
החוקרים דנו בשיטות שונות, כגון מיקרו-מיצוי שלב מוצק, צינורות ספיגה תרמית ושיטות לכידת מחטים, המשמשות לפיתוח מכשירי דגימת נשימה לבישים.
הסקירה דנה גם בשיטות ניתוח נשימה קונבנציונליות כגון ספקטרומטריית מסה של צינור זרימת יונים נבחרים, כרומטוגרפיה של גז בשילוב עם ספקטרומטריית מסה וספקטרומטריית מסה של העברת פרוטונים-תגובה. מחקרים אחרונים בחנו גם שיטות כגון אלו המשתמשות בספקטרוסקופיה של ספיגה אופטית ופיזור ראמאן משופר על פני השטח, שהוכחו כיעילות בזיהוי סמנים ביולוגיים בדגימות נשימה.
שיטות אלקטרוכימיות המשתמשות בחומרים כגון ננו-צינוריות פחמן מספקות שיטות חלופיות לניתוח גזים ותרכובות אורגניות נדיפות.
זיהוי ביולוגי
למרות ששיטות ניתוח נשימה קונבנציונליות מספקות שיטת ניתוח כמותית של סמנים ביולוגיים עם סגוליות ורגישות גבוהות, המכשירים המסורבלים והעלויות הגבוהות מעכבים את הנגישות ומגבילים את היקף היישומים שלהם.
מכשירי חוש נשימה לבישים עם שיטות משולבות לאיתור סמנים ביולוגיים מאפשרים ניטור בזמן אמת בקלות ובנוחות.
מכשירים אלה יכולים לנתח סמנים ביולוגיים שונים כגון חמצן, אמוניה, פחמן דו חמצני, מי חמצן ופתוגנים רבים. שינויים דרסטיים ברמות החמצן יכולים לעזור לזהות היפרוקסיה או היפוקסיה – שניהם אינדיקטורים לבריאות לקויה.
באופן דומה, היפרקפניה והיפוקפניה – עודף או גירעון של פחמן דו חמצני בנשימה, בהתאמה – הם אינדיקטורים לחמצת נשימתית או אלקלוזיס, שניהם עלולים לחזור למצבים בריאותיים חמורים ולעצירת נשימה.
עלייה ברמות האמוניה בנשימה היא אינדיקטור למחלת כליות וכבד או הפרעות הקשורות למחזור האוריאה. מי חמצן בנשימה בנשיפה מעיד לעתים קרובות על מתח חמצוני ודלקת בדרכי הנשימה.
הסקירה מצאה גם כי מחקרים עדכניים התמקדו בפיתוח מסכות נשימה עם חיישני נשימה כדי לזהות וירוסים נשימתיים כגון תסמונת נשימה חריפה חמורה וירוס קורונה 2 (SARS-CoV-2).
ניטור פרמטרים נשימתיים
מלבד סמנים ביולוגיים, חיישני נשימה לבישים יכולים גם לספק ניטור רציף בזמן אמת של פרמטרים בריאותיים כגון טמפרטורה, זרימת אוויר ותכולת הלחות של נשימה נשיפה, שהם כולם אינדיקטורים חיוניים לבריאות הכללית.
חיישנים לבישים בניטור זרימת אוויר ולחות מבוססים על זרימת אוויר התנגדות או קיבולית. חיישני זרימת אוויר יכולים להיות מופעלים גם באמצעות האפקט הטריבו-אלקטרי או הפיאזואלקטרי. חיישני טמפרטורה משתמשים בתרמיסטורים עם ננו-חלקיקים של תחמוצת ניקל, או חיישנים קלומטריים או פירואלקטריים.
מסקנות
לסיכום, הסקירה בחנה מחקר קיים ועדכני על מכשירים לבישים לניתוח נשימה ודנה באופן מקיף במגוון רחב של יישומים של מכשירים אלה, כולל דגימה וניתוח בזמן אמת ומתמשך של סמנים ביולוגיים ופרמטרים נשימתיים המהווים אינדיקטורים למחלות ומחלות. בְּרִיאוּת.
