پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، موفق به ساخت حسگری شدند که می‌تواند تنها از طریق نمونه‌برداری از بازدم انسان، دیابت و پیش‌دیابت را در چند دقیقه تشخیص دهد؛ این فناوری نوین، با تکیه بر ترکیب اکسید روی (ZnO) و گرافن القایی با لیزر (Laser-Induced Graphene) ساخته شده و راهی ساده، سریع و کم‌هزینه برای غربالگری بیماری به شمار می‌رود.
به گزارش خبرگزاری سینا، روش‌های تشخیص دیابت تاکنون عمدتا مبتنی بر سنجش گلوکز خون یا عرق بوده‌اند، اما فناوری تازه راهی متفاوت را پیش گرفته است: ردیابی استون در بازدم. در واقع، نفس هر فرد حاوی مقادیری استون است که محصول جانبی سوختن چربی در بدن به‌شمار می‌رود. اگر غلظت این ماده در بازدم از حد آستانه ۱/۸ بخش در میلیون فراتر رود، نشانه‌ای از ابتلا به دیابت خواهد بود.
«هوانیو چنگ» (Huanyu Cheng)، پژوهشگر دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، در توضیح این دستاورد می‌گوید:«ما حسگرهایی برای شناسایی گلوکز در عرق داریم، اما برای آن باید عرق‌کردن را با ورزش، گرما یا مواد شیمیایی تحریک کنیم؛ روشی که همواره عملی و راحت نیست. اما حسگر جدید کافی است درون یک کیسه بازدم کنید، حسگر در آن قرار گیرد و چند دقیقه بعد نتیجه آماده خواهد بود.»
به گفته او، تفاوت مهم این فناوری با نمونه‌های مشابه، امکان خوانش مستقیم در محل است. در حالی‌که حسگرهای تنفسی پیشین نیازمند تجزیه‌وتحلیل آزمایشگاهی بودند، این فناوری نو، ساده و مقرون‌به‌صرفه است.
رمز اصلی موفقیت این حسگر در طراحی و مواد اولیه آن نهفته است. گرافن القایی با لیزر، با استفاده از لیزر CO₂ بر روی موادی حاوی کربن – همچون فیلم پلی‌ایمید – تولید می‌شود. این فرایند، گرافنی متخلخل با نقوش منظم ایجاد می‌کند که به‌دلیل داشتن نقص‌های ساختاری فراوان، قابلیت بالایی در جذب گازها دارد. چنگ در توضیح این فرایند، آن را به «تُست‌کردن نان تا سیاه‌شدن کامل» تشبیه می‌کند؛ با این تفاوت که با تنظیم توان و سرعت لیزر، می‌توان پلی‌ایمید را به لایه‌های گرافن متخلخل تبدیل کرد.
هرچند گرافن القایی با لیزر به‌تنهایی متخلخل و کارآمد است، اما برای انتخاب‌پذیری بیشتر نسبت به استون، نیازمند ترکیب با اکسید روی بود. اتصال میان این دو ماده، امکان شناسایی اختصاصی استون را در میان سایر مولکول‌ها فراهم کرد.
یکی از چالش‌ها، رطوبت بالای بازدم بود؛ زیرا سطح حسگر می‌تواند آب را نیز جذب کند و این امر با استون رقابت ایجاد می‌کرد. تیم پژوهشی با افزودن یک لایه غشای انتخابی یا «سد رطوبتی» این مشکل را برطرف کرد؛ به‌گونه‌ای که مولکول‌های آب مسدود می‌شدند اما استون می‌توانست به‌سادگی از آن عبور کند.
در حال حاضر، این فناوری مستلزم دمیدن درون کیسه است تا از تداخل عوامل محیطی جلوگیری شود. گام بعدی پژوهشگران، ارتقای حسگر برای استفاده مستقیم زیر بینی یا حتی نصب آن در داخل ماسک است؛ چراکه استون می‌تواند در میعانات بازدمی نیز شناسایی شود.
چنگ همچنین تأکید می‌کند که فراتر از تشخیص دیابت، این حسگر می‌تواند به ابزاری برای پایش سلامت فردی بدل شود: «اگر بتوانیم تغییرات سطح استون در بازدم را در ارتباط با رژیم غذایی یا ورزش دنبال کنیم، همان‌طور که اکنون نوسانات قند خون را رصد می‌کنیم، فرصت‌های بزرگی برای کاربردهای بهداشتی فراتر از دیابت فراهم خواهد شد.»
این نوآوری، چشم‌انداز روشنی برای آینده‌ی پزشکی غیرتهاجمی و شخصی‌سازی‌شده به نمایش می‌گذارد؛ جایی که تنها یک بازدم می‌تواند کلید فهم بهتر وضعیت متابولیک بدن باشد.