Mũi nhân tạo có thể ‘đánh hơi’ bệnh tật, thực phẩm thối

Ngày 18 tháng 9 năm 2023 –Cuộc đua “đánh hơi” bệnh tật trong hơi thở của con người đang diễn ra.

Hàng trăm máy phân tích hơi thở phát hiện mùi Các hợp chất kêt nôi đên bệnh ung thư đang được phát triển nhưng chỉ một số ít đã tiếp cận được thị trường hoặc đang trong các thử nghiệm lâm sàng. Một số, được gọi ngẫu nhiên là “mũi” nhân tạo hoặc điện tử, bắt chước các hệ thống sinh học.

Các nền tảng mới nhất, từ các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Seoul ở Hàn Quốc, có một vi mạch có thể cho phép máy tính “ngửi” được thực phẩm hư hỏng. Không giống như những chiếc mũi nhân tạo trước đây, chiếc mũi này nhỏ gọn hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

“Cải tiến chính là họ đã triển khai một số tính toán trên chip. Điều này cực kỳ hữu ích”, ông nói Debajit Saha, Tiến sĩ, trợ lý giáo sư về kỹ thuật y sinh tại Đại học bang Michigan, người không tham gia vào nghiên cứu. Thiết kế loại bỏ sự cần thiết của một thiết bị tính toán riêng biệt, tiết kiệm năng lượng.

Saha cho biết: “Đối với các ứng dụng như an toàn thực phẩm, nơi bạn cần thực hiện các phép đo định kỳ, mức tiêu thụ năng lượng ít hơn là điều tốt”.

Cách các nhà khoa học tạo ra công nghệ có thể ngửi được

Được biết đến như hệ thống khứu giác nhân tạo hay AOS, công nghệ này lần đầu tiên xuất hiện trong thập niên 1980. Trong AOS điển hình, các cảm biến thu thập dữ liệu tương tự phải được chuyển đổi thành dữ liệu số bằng các thiết bị tính toán riêng biệt, trước khi được chuyển đến bộ xử lý tính toán mức nồng độ khí. Tuy nhiên, quá trình này tốn nhiều thời gian, năng lượng và dữ liệu có thể bị mất trong quá trình vận chuyển.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một con chip hoặc đơn vị cảm biến để thu thập thông tin Và chỉ chuyển đổi dữ liệu cần thiết mà không cần thiết bị tính toán riêng. Nền tảng này cuối cùng có thể được kết hợp với điện thoại thông minh, mang lại kết quả không dây.

“Để AOS có thể được áp dụng cho nhiều thiết bị không cần cắm điện khác nhau như điện thoại di động, kích thước nhỏ và hiệu quả sử dụng năng lượng tuyệt vời là điều cần thiết”, ông nói. đồng tác giả nghiên cứu Jong-Ho Lee, Tiến sĩ, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Quốc gia Seoul.

Được cung cấp năng lượng bởi các bộ gia nhiệt vi mô công suất thấp, các cảm biến có màng oxit kẽm mỏng có thể phát hiện một lượng nhỏ khí hydro sunfua và khí amoniac, những dấu hiệu nhận biết sự hư hỏng của thực phẩm giàu protein.

Để thử nghiệm nền tảng này, các nhà nghiên cứu đã đặt gà vào một thùng chứa mà họ kết nối với 8 cảm biến. Tiếp theo, họ bơm không khí khô vào hộp đựng thịt. Hệ thống liên tục theo dõi lượng khí thải, tính toán nồng độ khí để chỉ ra mức độ hư hỏng.

Lee cho biết nền tảng này “có khả năng tùy biến cao”, Lee, người hình dung ra các ứng dụng chăm sóc sức khỏe trong tương lai, bao gồm cả “theo dõi bệnh tật qua hơi thở của con người”.

Máy đo mùi: Tương lai của chẩn đoán ung thư?

Tế bào ung thư giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, các hóa chất có mùi và có thể đóng vai trò là dấu ấn sinh học để chẩn đoán. Bất chấp tiềm năng của mũi nhân tạo trong việc nhắm mục tiêu vào các hợp chất này, vẫn cần nhiều công việc hơn để biến điều đó thành hiện thực.

Ở giai đoạn này, nền tảng chỉ có thể nhận dạng hai loại hóa chất và đo khí theo phần triệu. Để phát hiện ung thư và các bệnh khác, nó cần phải phản ứng với “nhiều” hóa chất khác nhau và tính toán nồng độ khí theo phần trên mỗi phần tử. tỷSaha nói.

Rất ít mũi điện tử có độ nhạy như vậy. Saha cho biết: “Hệ thống khứu giác sinh học vẫn vượt trội hơn. “Đó là lý do tại sao tại sân bay, bạn vẫn thấy chó chứ không phải thiết bị kiểm tra chất nổ và ma túy.”

Phòng thí nghiệm của ông đang thực hiện một cách tiếp cận khác, sử dụng não và ăng-ten của côn trùng sống, cung cấp một “thiết bị tất cả trong một” để cảm biến khí và tính toán.

“Có một câu hỏi mở về cách làm cho cảm biến hóa học trở nên mạnh mẽ, đáng tin cậy và nhạy cảm hơn. Cách tiếp cận của chúng tôi là chiếm quyền điều khiển bộ não sinh học để thực hiện công việc cho chúng tôi”, Saha nói.

Phòng thí nghiệm của ông đã phát hiện ung thư miệng bằng cách sử dụng châu chấu. Và gần đây, họ đã sử dụng tín hiệu thần kinh của ong mật để phát hiện ung thư phổi, nghiên cứu này có thể sớm được công bố.

Cho đến nay, nghiên cứu này đã sử dụng nuôi cấy tế bào có dấu ấn sinh học ung thư – nhưng phòng thí nghiệm có kế hoạch thử nghiệm phương pháp của họ bằng cách sử dụng hơi thở của con người.

Lee và các cộng tác viên của ông cũng hy vọng sẽ mở rộng nghiên cứu của họ bằng cách “kết hợp hệ thống thần kinh mô phỏng não người với hệ thống khứu giác nhân tạo”. Cuối cùng, nó có thể phát hiện nhiều loại khí, hỗ trợ nhiều lĩnh vực.