Медицинский датчик из спирулины отличит болезнь по дыханию

Биосенсоры из спирулины реагируют на дыхание и вибрации, определяя состояние здоровья человека по выдыхаемым веществам и механическому воздействию.

Цианобактери Arthrospira platensis стали основой биосенсора

Источник: Freepik

Ученые из Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН совместно с коллегами из МГУ и других научных организаций разработали прототип биосенсора на основе цианобактерий Arthrospira platensis, более известных как спирулина. Работа опубликована в журнале Microchemical Journal и поддержана грантами Российского научного фонда.

В качестве основы исследователи использовали высушенную биомассу спирулины — бактерии, которая уже применяется в медицине и легко выращивается в лабораторных и промышленных условиях. Из нее они приготовили две суспензии: одна содержала фрагменты клеточных оболочек, другая — внутриклеточные компоненты.

Полученные растворы наносили в виде тонких пленок на подложки из разных материалов, включая кремний и углеродные волокна. Оказалось, что при выдохе электрическое сопротивление устройств снижалось в 10−100 тыс. раз, причем при выдохе разных людей наблюдалась существенная разница. На результат влияли возраст человека, его пол, физическая форма и состояние здоровья.

Цианобактерии уже применяются в медицине и легко выращиваются в лабораторных условиях

Источник: Российский научный фонд

Сенсоры на кремниевой основе демонстрировали выраженную реакцию на пары воды, спирта, уксуса и перекиси водорода — веществ, которые в разной концентрации присутствуют в выдыхаемом воздухе. Например, перекись водорода может указывать на сердечную недостаточность, а пары ацетона — на диабет. 

Образцы с пленками на подложках из углеродных волокон и полимера Nafion, напротив, не реагировали на химический состав воздуха, но были чувствительны к вибрациям и механическому давлению. Это открывает возможности их использования в носимых устройствах, фиксирующих дыхание, двигательную активность или даже выполняющих функции сенсорного управления.

Скорость реакции сенсоров также различалась: устройства с внутриклеточными компонентами реагировали за 22−28 с, тогда как с мембранной составляющей — за 50−55. Некоторые образцы сохраняли функциональность при изгибе до 2 мм, что делает их перспективными для гибкой электроники.

Полученные результаты позволят разработать многофункциональные устройства для мониторинга состояния людей с заболеваниями органов дыхания, сердца и диабетом.

Ранее Наука Mail рассказывала о том, что создан экологически безопасный тип пластика для носимой электроники.