Neuer Nanosensor überwacht die Atemwege

Künstlerische Darstellung der Funktion des neuen Atemsensors (Illustration: manchester.ac.uk)

Manchester (pte004/26.01.2024/06:15) - Mit einem neuartigen hochempfindlichen Mikrofon und einer raffinierten Auswerte-Software von Forschern der University of Manchester ( https://www.manchester.ac.uk ) lässt sich der Gesundheitszustand von Menschen lückenlos überwachen. "Unser Sensor kann kleinste Veränderungen im Luftstrom erkennen und wertvolle physiologische Infos über eine Person liefern, beispielsweise in Bezug auf ihre Herz-, neurologischen und Lungenerkrankungen sowie einige andere Krankheiten", so Nanowissenschaftlerin Cinzia Casiraghi.

Subtile Variationen im Atem

Der Sensor basiert auf hexagonalem Bornitrid, das nur wenige Moleküllagen dick ist. Es ist genauso aufgebaut wie Graphen, das an der britischen Hochschule 2004 entdeckt wurde. Werkstoffe, die so aufgebaut sind, haben ganz besondere, manchmal verblüffende Eigenschaften. Bei Bornitrid führen diese zum Mikrofon ungeahnter Güte. Der Nanosensor kann sogar subtile Variationen im Atemmuster erkennen, wie sie etwa durch Asthma oder Apnoe verursacht werden, länger anhaltende Atemstillstände während des Schlafs, die gesundheitliche Folgen haben und sogar tödlich enden können.

Das aktive Material des Sensors besteht aus hexagonaler Bornitrid-Tinte, die eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Wassermolekülen aufweist. Die Tinte befindet sich als dünner Film zwischen zwei Elektroden, an die ein elektrisches Wechselfeld angelegt wird. Atmet der Träger des Mikrofons ein und aus, ändert sich das elektrische Signal des Films je nach lokaler Luftfeuchtigkeit, die sich durch den Atem charakteristisch verändert. Husten, Fieber, Schnupfen und eine verstopfte Nase erzeugen unterschiedliche Signalmuster.

Integration in Gesichtsmasken

Der neue Sensor hat gegenüber bestehenden Technologien mehrere Vorteile. Er ist empfindlicher und kann daher kleinere Veränderungen beim Atmen erkennen. Mit einer Reaktionszeit im Millisekundenbereich ist er auch erheblich schneller. Temperatur oder andere Umweltfaktoren verfälschen die Signale nicht. Darüber hinaus lässt er sich problemlos in Gesichtsmasken integrieren, heißt es.

Die Entwickler glauben, dass ihr Sensor das Potenzial hat, die Überwachung der Atemwege zu revolutionieren. Er könne sogar zur Verfolgung der Wirksamkeit von Atemwegsbehandlungen eingesetzt werden. "Dieser Sensor hat das Potenzial, das Leben von Menschen mit Atemproblemen wirklich zu verbessern. Und er könnte uns helfen, Krankheiten früher zu diagnostizieren, den Krankheitsverlauf zu verfolgen und personalisierte Behandlungspläne zu erstellen", so Liming Chen, Postdoktorandin im Bereich Elektronik und Elektrotechnik.

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