طوّر فريق بحثي بقيادة هوانيو “لاري” تشنج أستاذ مشارك في الهندسة والميكانيكا بجامعة ولاية بنسلفانيا مستشعرًا يمكنه تشخيص داء السكري ومرحلة ما قبل السكري خلال دقائق باستخدام عينة من النفس فقط، ونُشرت نتائج الفريق في مجلة الهندسة الكيميائية.
أشار الباحثون إلى أن في الولايات المتحدة هناك نحو 37 مليون بالغ مصاب بالسكري، ومن بينهم يقارب واحد من كل خمسة لا يعلم بإصابته، بينما طرق التشخيص التقليدية تتطلب زيارة طبيبًا أو فحوصات مخبرية قد تكون مكلفة وتستغرق وقتًا.
يعتمد المستشعر على كشف الأسيتون في النفس، فكل شخص يخرج الأسيتون كناتج ثانوي لحرق الدهون، لكن المستويات التي تتجاوز حوالى 1.8 جزء في المليون تُشير إلى احتمال الإصابة بالسكري، والطريقة هنا تقتصر على الزفير في كيس والانتظار لبضع دقائق للحصول على النتيجة.
ذكر الباحثون أن أجهزة سابقة كانت تقيس الجلوكوز في العرق لكن ذلك يتطلب تحفيز التعرق عبر الرياضة أو مواد كيميائية أو ساونا، كما أن بعض أجهزة تحليل النفس الأخرى رصدت مؤشرات تحتاج إلى تحليل مخبري، بينما هذا المستشعر يقرأ الأسيتون مباشرة مما يجعله أكثر اقتصادية وراحة.
تقنية وتصميم المستشعر
اعتمد الفريق على جرافين محروق بالليزر مُكوَّن من طبقات مسامية تم إنتاجها بتحويل البولي إيميد بالليزر عبر ضبط طاقة وسرعة الشعاع، ما ينتج مادة مسامية تسمح بمرور الغاز والتقاط جزيئات الأسيتون على نحو أفضل. لكن الجرافين وحده لم يكن انتقائيًا كفاية للأسيتون مقارنةً بغازات أخرى، فمزجوه بأكسيد الزنك لتشكيل تقاطع بين المادتين أدى إلى زيادة الانتقائية تجاه الأسيتون.
التحديات والتحسينات المستقبلية
واجه الباحثون تحديًا في منافسة رطوبة النفس مع جزيئات الأسيتون، فاتُّخذ قرار بتطوير غشاء انتقائي أو طبقة حاجزة للرطوبة تمنع دخول الماء وتسمح بمرور الأسيتون، ولذا تطلبت التجربة أن يتنفس الشخص مباشرة في كيس لتجنب تأثير الهواء المحيط. يخطط الفريق لتحسين المستشعر ليعمل تحت الأنف أو مدمجًا في قناع لاكتشاف الغاز في تكثف الزفير، كما يرون فرصة مثيرة في دراسة كيف تتغير مستويات الأسيتون مع النظام الغذائي وممارسة الرياضة لتوسيع استخدامات الجهاز خارج تشخيص السكري.
