Misurare i VOC nel respiro per diagnosticare malattie

La nuova frontiera dei Biosniffer elettronici altamente sensibili è in grado di  diagnosticare malattie rilevando con precisione i biomarcatori nel respiro.

Misurare i VOC nel respiro per diagnosticare malattie non è più fantascienza! Il Team del Prof. Doo Kim nel Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria presso l’Istituto Superiore di Scienza e Tecnologia della Corea del Sud , nazione che da molti anni è all’avanguardia nella miniaturizzazione della sensoristica, sta sviluppando sensori di gas ultrasensibili e altamente selettivi per diagnosticare le malattie mediante analisi del respiro espirato. Il team di ricerca Coreano  ha guidato lo sviluppo  di sensori in nanofibre a base di ossido di metallo a semiconduttore, ottimizzati per il riconoscimento di modelli di impronte digitali.

Attualmente ci sono già tecnologie in grado di rilevare VOC  a livelli di PPB (part per billion) , una di queste è il miniPid HS della Ion Science , prodotto a Cambridge UK e commercializzato nel nostro paese dalla Ion Science Italia    www.ionscience.it ; questo sensore utilizza il principio della fotoionizzazione per ionizzare gli atomi di Carbonio e poi a misurarli con due elettrodi.

L’alito umano contiene un elevato numero di composti organici volatili (VOC) .

Il rilevamento accurato di VOC specifici nell’alito  espirato può fornire informazioni essenziali per la diagnosi precoce delle malattie.

Ad esempio, acetone, H2S, ammoniaca e toluene possono essere utilizzati per valutare il diabete, l’alitosi, il malfunzionamento dei reni e il cancro ai polmoni, rispettivamente, dove la diagnosi di queste malattie può essere raggiunta analizzando la concentrazione di VOC nel respiro espirato, proveniente dallo scambio molecolare tra tessuto polmonare e sangue.  La variazioni nella concentrazione dei VOC esalati è un parametro che può servire da biomarker per malattie specifiche si possono cosi distinguere le persone sane da quelle con un principio di patologia in pochi secondi di analisi.

La diagnosi non invasiva di varie malattie  è il vantaggio chiave delle tecniche di analisi del respiro rispetto ad altri metodi comunemente usati. Ad esempio, i metodi diagnostici convenzionali come la risonanza magnetica, la TC, l’esame del sangue, l’endoscopio e l’esame a raggi X, che sono costosi e talvolta dolorosi, vengono solitamente implementati negli ospedali. Tuttavia, nel prossimo futuro, ci si aspetta che diagnosi economiche e semplici rilevino ed esaminino le malattie nelle fasi iniziali. L’uso di array multisensore con ossidi metallici semiconduttori nanostrutturati oppure di micro lampade a fotoionizzazione è essenziale per lo sviluppo di strumenti diagnostici semplici e economici esaminando la concentrazione di VOC nel respiro .

Per misurare i Voc nel respiro per diagnosticare  malattie il team di ricerca ha sviluppato una serie di sensori di respirazione costituiti da un numero di fibre di ossido di metallo semiconduttore, che offriranno ai pazienti una diagnosi in tempo reale delle malattie.

Gli array di sensori sono vantaggiosi in termini di adsorbimento di gas, portando a grandi cambiamenti di resistenza ottenuti da un’area superficiale specifica elevata e da una nanostruttura porosa. In particolare, il sensing dei biomarcatori altamente selettivo è stato ottenuto mediante la funzionalizzazione di diversi catalizzatori metallici nobili come Au, Pt, Pd e Rh, che sono essenziali per stabilire più array di sensori per l’analisi delle impronte. Questi array di sensori possono essere integrati con dispositivi portatili per il monitoraggio in tempo reale delle condizioni fisiche.

“La tecnologia dei sensori è compatibile con vari tipi di smartphone, gadget elettronici indossabili e dispositivi medici”, ha aggiunto uno dei membri del team.

La piattaforma di sensori PID  e che utilizza nanofibre di ossido di metallo può essere utilizzata sia nel campo della diagnosi quindi misurare i VOC nel respiro per diagnosticare malattie  che del controllo della qualità dell’aria interna / esterna. “Crediamo che ci possano essere molti modi per incorporare la nostra tecnologia in base alle particolari esigenze delle industrie, non solo nel campo dei dispositivi medici, come il rilevamento di sostanze chimiche pericolose o gas nelle fabbriche di produzione” ha dichiarato un membro del Doo Kim Group.