El diagnóstico de diabetes pronto puede ser tan fácil como respirar en una bolsa

En los Estados Unidos, uno de cada cinco de los 37 millones de adultos que tiene diabetes no lo sabe. Los métodos actuales para diagnosticar diabetes y prediabetes generalmente requieren una visita al consultorio de un médico o al trabajo de laboratorio, los cuales pueden ser costosos y lentos. Ahora, diagnosticar diabetes y prediabetes puede ser tan simple como la respiración.

Un equipo de investigación dirigido por Huanyu “Larry” Cheng, James L. Henderson, Jr. Profesor Asociado Memorial de Ciencia y Mecánica de Ingeniería en Penn State, ha desarrollado un sensor que puede ayudar a diagnosticar diabetes y prediabetes en el sitio en unos minutos usando solo una muestra de aliento. Sus resultados son publicado en el Revista de ingeniería química.

Los métodos de diagnóstico anteriores a menudo usaban glucosa encontrada en sangre o sudor, pero este sensor detecta los niveles de acetona en la respiración. Mientras que la respiración de todos contiene acetona como un subproducto de la grasa ardiente, los niveles de acetona por encima de un umbral de aproximadamente 1.8 partes por millón indican diabetes.

“Si bien tenemos sensores que pueden detectar glucosa en el sudor, requieren que inducamos el sudor a través del ejercicio, los productos químicos o una sauna, que no siempre son prácticas o convenientes”, dijo Cheng. “Este sensor solo requiere que exhale en una bolsa, sumerja el sensor y espere unos minutos para obtener resultados”.

Cheng dijo que ha habido otros sensores de análisis de respiración, pero detectaron biomarcadores que requerían análisis de laboratorio. La acetona se puede detectar y leer en el sitio, lo que hace que los nuevos sensores sean rentables y convenientes.

Además de usar acetona como biomarcador, Cheng dijo que otra novedad del sensor se redujo al diseño y a los materiales, principalmente grafeno inducido por láser. Para crear este material, el CO₂ El láser se usa para quemar los materiales que contienen carbono, como la película de poliimida en este trabajo, para crear grafeno poroso estampado con grandes defectos deseables para la detección.

“Esto es similar a tostar pan a negro de carbono si se tostan demasiado tiempo”, dijo Cheng. “Al ajustar los parámetros del láser, como la potencia y la velocidad, podemos brindar por la poliimida en una forma de grafeno poroso y de pocas capas”.

Los investigadores usaron grafeno inducido por láser porque es altamente poroso, lo que significa que deja pasar el gas. Esta calidad conduce a una mayor posibilidad de capturar la molécula de gas, ya que la exhalación de la respiración contiene una concentración relativamente alta de humedad. Sin embargo, por sí mismo, el grafeno inducido por láser no era lo suficientemente selectivo de acetona sobre otros gases y necesitaba combinarse con óxido de zinc.

“Una unión formada entre estos dos materiales que permitieron una mayor detección selectiva de acetona en lugar de otras moléculas”, dijo Cheng.

Cheng dijo que otro desafío era que la superficie del sensor también podía absorber moléculas de aguay debido a que la respiración es húmeda, las moléculas de agua podrían competir con la molécula de acetona objetivo. Para abordar esto, los investigadores introdujeron una membrana selectiva, o capa de barrera de humedad, que podría bloquear el agua pero permitir que la acetona impregna la capa.

Cheng dijo que en este momento, el método requiere que una persona respire directamente a una bolsa para evitar la interferencia de factores como el flujo de aire en el entorno ambiente. El siguiente paso es mejorar el sensor para que pueda usarse directamente debajo de la nariz o unirse al interior de una máscara, ya que el gas puede detectarse en la condensación de la respiración exhalada. Dijo que también planea investigar cómo se podría utilizar un sensor de respiración detectado por acetona para optimizar las iniciativas de salud para las personas.

“Si pudiéramos entender mejor cómo acetona Los niveles en la respiración cambian con la dieta y el ejercicio, de la misma manera vemos fluctuaciones en niveles de glucosa Dependiendo de cuándo y qué coma una persona, sería una oportunidad muy emocionante usar esto para aplicaciones de salud más allá de diagnosticar diabetes“, Dijo Cheng.