Cukorbetegség kimutatása kilélegzett levegőből

A Chemical Engineering Journal folyóiratban szeptember 1-én jelent meg a Pennsylvania State University kutatóinak tanulmánya, amelyben a cukorbetegség és a prediabétesz diagnosztizálásának egy rendkívül egyszerű módszerét ismertették: a technika a kilélegzett levegő acetonszintjét méri.

Az Egyesült Államokban a körülbelül 37 millió cukorbeteg felnőtt közül minden ötödik nem is tud róla, hogy diabéteszben szenved. A cukorbetegség és a prediabetes diagnosztizálásának jelenlegi módszerei általában orvosi rendelő felkeresését és laboratóriumi vizsgálatot igényelnek, amely egyrészt drága, másrész időigénye. A most közölt cikk szerzői szerint azonban mostantól a cukorbetegség és a prediabetes diagnosztizálása olyan egyszerű lehet, mint a légzés.

A Huanyu „Larry” Cheng által vezetett kutatócsoport egy olyan érzékelőt fejlesztett ki, amely néhány perc alatt bármilyen helyszínen, egyetlen légzésmintából képes diagnosztizálni a cukorbetegséget és a prediabéteszt.

A korábbi diagnosztikai módszerek gyakran a vérben vagy az izzadságban található glükózt használták, de ez az érzékelő a kilélegzett levegőben található aceton szintjét méri. Bár mindenki leheletében található aceton, mint a zsírégetés mellékterméke, az 1,8 ppm-es küszöbérték feletti aceton szint cukorbetegségre utal.

“Bár vannak már olyan érzékelőink is, amelyek képesek kimutatni a verejtékben található glükózt, ezekhez verejtékezést kell előidéznünk testmozgással, vegyszerekkel vagy szaunával, ami nem mindig praktikus vagy kényelmes” – nyilatkozta Cheng. “A most kifejlesztett detektor viszont úgy használható, hogy elég belefújni a levegőt egy zsákba, amelybe belemártva az érzékelőt, néhány percen belül eredményt kapunk.”

Cheng szerint korábban is léteztek már hasonló légzéselemző érzékelők, ám azok olyan biomarkereket észleltek, amelyek laboratóriumi elemzést igényeltek. Az aceton helyben is észlelhető, koncentrációja egyszerűen leolvasható, így az új érzékelő költséghatékony és kényelmesen használható.

Cheng szerint az aceton biomarkerként való felhasználása mellett az érzékelő másik újdonsága a kialakításában és a felhasznált anyagokban rejlik – ilyen például a lézerrel indukált grafén. Ennek az anyagnak az előállításához szén-dioxid-lézert használnak a szén-dioxid-tartalmú anyagok, például a polimidfólia égetésére, hogy érzékeléshez szükséges mintázott, porózus grafént hozzanak létre.

”Ez az eljárás hasonló ahhoz, amikor a kenyeret túl sokáig pirítjuk, és elszenesedik” – mutatta be a módszert Cheng. “A lézer paramétereinek, például a teljesítményének a beállításával a polimidet vékonyrétegű, porózus grafén formává piríthatjuk.”

A kutatók azért használtak lézerrel indukált grafént, mert rendkívül porózus, vagyis átengedi a gázt. Ez a tulajdonság nagyobb eséllyel eredményezi a gázmolekula befogását, mivel a kilélegzett levegő viszonylag magas nedvességtartalommal rendelkezik. Azonban önmagában még a lézerrel létrehozott grafén sem volt elég szelektív az aceton kimutatására, ezért a mérnökök cink-oxiddal kombinálták.

A másik kihívás az volt, hogy az érzékelő felülete vízmolekulákat is felszívhatott, és mivel a kilélegzett levegő nedves, a vízmolekulák kötődése versenyezhetett a célmolekulával, az acetonnal. Ennek megoldására a kutatók egy szelektív membránt, vagyis egy nedvességáteresztő réteget vezettek be, amely blokkolja a vizet, de átengedi az acetont.

A mérnökök szerint jelenleg a módszer megköveteli, hogy a személy közvetlenül egy zsákba lélegezzen, hogy elkerülje a környezeti tényezők, például a légáramlás zavaró hatását. A következő lépés az érzékelő fejlesztése, hogy közvetlenül az orr alatt vagy egy maszk belsejéhez rögzítve is használható legyen.

“Ha pontosabban le tudnánk írni, hogyan változik az aceton szintje a kilélegzett levegőben az étrend és a testmozgás függvényében (ugyanúgy, ahogyan a glükózszint ingadozásait is látjuk attól függően, hogy az adott személy mikor és mit eszik), akkor ez egy nagyon izgalmas módszer lehetnek a cukorbetegség diagnosztizálásán túlmutató egészségügyi alkalmazásokhoz is” – összegzett Cheng.

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

Diagnosing diabetes may soon be as easy as breathing into a bag

ZnO/LIG nanocomposites to detect acetone gas at room temperature with high sensitivity and low detection limit

Irodalmi hivatkozás:

Li Yang et al, ZnO/LIG nanocomposites to detect acetone gas at room temperature with high sensitivity and low detection limit, Chemical Engineering Journal (2025). DOI: 10.1016/j.cej.2025.164857