Российские ученые напечатали на бумаге датчики диабета

Российские ученые разработали сенсор из графена и полимера, напечатанный на обычной офисной бумаге. Устройство анализирует выдыхаемый воздух и определяет следовые количества ацетона — маркера диабета, сердечной недостаточности и других болезней.

2D принтер, с помощью которого печатают сенсоры

Источник: Артем Иванов / ИФП СО РАН

Носимые медицинские устройства сегодня в основном отслеживают физические параметры: пульс, ритм дыхания или давление. Однако химический состав выдыхаемого воздуха дает не менее важную информацию. При диабете и некоторых патологиях сердца в выдохе растет концентрация ацетона, а при проблемах с почками — аммиака. Существующие анализаторы либо недостаточно чувствительны, либо слишком сложны для домашнего использования.

Специалисты Института физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН (Новосибирск) и Объединенного института высоких температур РАН (Москва) создали датчик на основе графена и полимера. Как пояснили в пресс-службе Российского научного фонда, устройство печатается на бумаге и генерирует спектр состава воздуха, где ученые заранее определили положения пиков ацетона, воды и этилена. Чувствительность прибора настолько высока, что он фиксирует даже обычное повышение уровня глюкозы после еды, отслеживая, за какое время организм справляется с нагрузкой.

Принцип работы основан на изменении проводимости тока: газы (водяной пар, ацетон, аммиак) захватываются поверхностью датчика и облегчают прохождение сигнала. Исследователи проверили устройство на 32 добровольцах, включая здоровых людей, пациентов с диабетом и человека, перенесшего инфаркт. Датчик четко выявил в спектрах больных пик, соответствующий ацетону.

Один из разработчиков сенсора, научный сотрудник ИФП СО РАН Артем Иванов, показывает динамику изменения сигнала на разных типах сенсора

Источник: Ирина Антонова / ИФП СО РАН

Нам удалось достичь высокой чувствительности измерений благодаря тому, что мы разработали новый наноструктурированный материал для датчиков. Более того, созданы разные по дизайну датчики, позволяющие контролируемо менять спектр захватываемых на поверхность молекул-маркеров. То есть каждый датчик считывает только «нужные» сигналы, которые могут указать на заболевания. Это в перспективе позволит пациентам с подозрениями на хронические болезни даже в домашних условиях контролировать состояние своего здоровья. Кроме того, датчик обладает низкой себестоимостью и прост в использовании. В настоящее время созданы только первые лабораторные образцы, а для полностью готового пользовательского устройства еще предстоит пройти несколько важных этапов

Ирина Антонова

руководитель проекта, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур Института физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН

Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Sensors and Actuators A: Physical.