Портативное устройство для количественного определения ацетона в выдыхаемом воздухе при мониторинге метаболического здоровья в повседневной жизни

Неинвазивный анализ выдыхаемого воздуха с помощью мобильных медицинских устройств обладает значительным потенциалом для коррекции лечения и персонализации изменений образа жизни. Особый интерес представляет летучий ацетон в выдыхаемом воздухе — биомаркер сжигания жира, который может помочь в понимании и лечении метаболических заболеваний. Мы сообщаем о разработке портативного (6 × 10 × 19,5 см), лёгкого (490 г) и простого устройства для быстрого определения ацетона в выдыхаемом воздухе. Устройство включает специально разработанный модуль отбора альвеолярной порции выдыхаемого воздуха, соединённый с сенсором и насосом для отбора проб по запросу; всеми компонентами управляет микроконтроллер Raspberry Pi, подключённый к сенсорному экрану HDMI. Точное определение ацетона обеспечивается каталитическим фильтром и разделительной колонкой, которые до поступления газа на сенсор удаляют и разделяют нежелательные примеси. Благодаря этому ацетон селективно определяется даже в сложных газовых смесях с высокой концентрацией мешающих компонентов. Устройство точно отслеживало концентрацию ацетона в выдыхаемом воздухе пяти добровольцев во время кетогенной диеты; максимальное значение составило 26,3 ppm. Наиболее важно, что устройство различало небольшие изменения концентрации ацетона во время исходного визита, а также до и после физической нагрузки — вплоть до 0,5 ppm. Устройство сохраняло стабильность в течение как минимум 4 месяцев (122 дней); при концентрации ниже 5 ppm продемонстрированы отличные показатели смещения и прецизионности — 0,03 и 0,6 ppm соответственно. Результаты подтверждены масс-спектрометрией с переносом протонов и времяпролётным анализатором (PTR-ToF-MS). Таким образом, этот детектор обладает значительным потенциалом для простого, неинвазивного и регулярного мониторинга ацетона с целью коррекции лечения и отслеживания изменений образа жизни.3