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呼吸是生物生计的最基本的人命活动，起着氧气摄入与代谢气体排出的作用。此外，呼吸中包含了好多与生物体状况相关的信息，举例，呼吸频率，呼吸声息等物理信息。从化学分子层面上说，呼吸是具有丰富生物象征物的一种载体。举例，糖尿病患者的呼吸常有“坏苹果”味，这恰是呼出丙酮较高导致的；连年来高发的呼吸说念类传染病，如COVID-19，也不错通过呼出的气溶胶进行传播。但是，具有流动性的气态呼吸的采样与检测额外具有挑战性，从而落幕了呼吸分子监测的应用。日前，加州理工学院医学工程系高伟老师团队先容了一种用于可一稔式监测呼气冷凝物的智能口罩创新见识，重心是集成在频频口罩上的柔性微流体安装（Exhaled Breath Condensate Analysis and Respiratory Evaluation System，EBCare）。该系统联想用于握续冷凝呼出的潮湿、自动捕捉和刷新呼气冷凝液（EBC）以及及时、原位多重分析生物象征物。鉴于现在在了解和检测EBC生理方面存在的差距，这种可一稔的呼气冷凝物分析技巧在应酬上述挑战方面具有庞杂后劲，并为探索呼吸中生物标记物的动态构成和生理意旨建立了一个通用的有盘算推算平台和表率。该项盘算推算得胜收尾对EBC中生物标记物的频频和临床可一稔监测，为代谢和呼吸健康评估提供一种无创的个东说念主精确医学要道。
app2024年8月29日，相关落幕以“A smart mask for exhaled breath condensate harvesting and analysis”为题发表在Science上。加州理工学院博士生衡文正为第一作家, 高伟老师为通信作家。
图1. 智能口罩EBCare可高效收罗和相连分析呼出气冷凝物
该系统不错分为呼吸冷凝、液体传输、电化学检测、一稔践诺四个主要部分。
呼气冷凝物分析的紧要挑战在于呼气冷凝物收罗的可行性、沉稳性和相连性。文中系统基于新式被迫式小型握续冷却战略，包含发射冷却和基于水凝胶的挥发冷却等新兴被迫制冷边界，大概将通盘这个词系统大小裁汰为3 cm尺寸和4 g的分量，收尾了可一稔化的要求下收尾室表里环境下至少长达7小时的7-8°C的握续制冷效果，知足了白日捎带时长的需求。此外，算作收罗生物样本的斥地，器件材料的特点也值得柔柔。EBC 收罗界面材料应具有高亲水性，以促进液滴的成核和齐集。同期，它还不应粘附 EBC 中的生物象征物。由于可一稔斥地的先决要求和呼吸说念传染病的流行，材料固有的生物相容性和抗菌特点亦然弥留的探讨因素。
图2. EBCare 器件用于呼吸冷凝的串联冷却联想的特点
对呼气冷凝物进行相连即位监测故意于了解呼吸等分子浓度的动态变化与遥远趋势。该智能口罩EBCare器件从仿生学的角度动身，师法植物中液体从根部自主流向叶片的机制。由于聚偏二甲基硅氧烷（PDMS）具有可重构性，软件定制开发多少钱因此不错构建具有密度和高度梯度的微柱和微通说念阵列，酿成具有毛细力梯度的结构，从而沉稳、握续地收尾 EBC 的流动，以至不受重力地方的影响（这点关于病东说念主卧在病床上的监测至关弥留）。电化学传感器可集成在自主流动的微流体通说念收尾监测。受树叶蒸腾压力的启发，本安装将专揽冷却水凝胶算作 "东说念主造树叶"，产生挥发压力，收受测试过的 EBC 液体，算作冷却水源的补充。通过数值模拟和践诺考据，最终将该安装应用于捎带口罩的多样场景（如频频耸立，坐姿，以及病东说念主在病床上的卧姿），以知足本色需求。
图3. EBC 采样、传输和刷新的 EBCare 斥地的微流体联想
基于喷墨打印技巧，本责任开发一种可大边界分娩、高弃取性、高聪惠度，低千里本的电化学传感器阵列，用于多重分析多样 EBC 生物标记物。此外，本系统还开发一种柔性印刷电路板，用于处理和校准东说念主体传感器的信号读数。处理后的读数将无线传输到患者的智高手机上。探讨到传感器贴片不错通过激光切割或喷墨打印以低老本大批分娩，这种传感器贴片成为一次性产物，而电子元件仍可重叠使用。传感器贴片和主体器件的老本约为1.2好意思元。
图4. 用于原位多路复用 EBC 分析的无线电化学生物传感器阵列的联想与表征
通过这些技巧上的创新，该系统不仅处治了欧洲呼吸学会巨擘指南中列出的 EBC 收罗和分析方面的繁密技巧贫瘠。更弥留的是，得胜处治了多年来按捺该边界发展的要害问题，如唾液混浊、鼻/口呼吸阵势、及时性低以及无法进行遥远监测等。通过握续监测东说念主体呼吸的分子身分，EBCare 及时捕捉并分析用户的呼吸和代谢数据，为频频生活和疾病照看提供握续的健康监测。这种及时监测不仅有助于揭示东说念主体的乙醇代谢、铵根含量相关的卵白质代谢和尿素水平（可用于肾病监测），还能用于监测炎症因子亚硝酸盐的含量，有助于哮喘和慢性膺惩性肺病患者追踪病情变化、优化颐养决策和礼聘防护表率。
图5. EBCare智能口罩用于健康东说念主群和呼吸说念疾病患者东说念主群 EBC 分析的东说念主体评估
总之，算作一个呼吸有盘算推算平台，智能口罩EBCare 大概促进关于呼吸说念疾病，代谢疾病和传染病的有盘算推算与早期会诊，医疗监测与照看。同期其能纪录与援救评估疾病潜在变化趋势，爆发风险和并发症。因此，EBCare口罩的应用不错延迟至防护医学，呼吸说念传染病和个东说念主精确医学边界软件开发app多少钱，通过握续监测和分析呼气样本，收尾愈加主动的健康照看战略。这种前瞻性的健康监测要道可能在慢性病照看和人人卫生边界产生深化影响，为收尾东说念主口健康水平的全体提高提供新的技巧营救。