Воронежские открытия: что создали ученые региона. Электронный «нос» для диагностики болезней

В новом проекте «Воронежские открытия» журналисты РИА «Воронеж» будут рассказывать о перспективных разработках ученых региона, которые уже внедрили или готовятся внедрить в производство. Первый выпуск был посвящен изобретению, защищающему металлы от коррозии.

Второй материал проекта – об электронном приборе на основе газовых сенсоров, который по запаху кожи информирует о физическом состоянии человека. Прибор, созданный в Воронежском госуниверситете инженерных технологий, позволяет заподозрить развитие заболеваний на той стадии, когда еще нет никаких симптомов. Речь идет об онкологии, воспалениях, инфекциях, эндокринных нарушениях, нарушениях в работе желудочно-кишечного тракта. Ученые разработали прибор для медицинских исследований и еще один – для самодиагностики.

Нос-диагност

Системы для анализа летучих молекул на основе сенсоров появились 25 лет назад и с тех пор применяются в промышленности, помогают обнаруживать взрывчатые вещества. Изначально сенсоры – это стабилизаторы частоты колебаний, которые используются с 1980-х годов. Но когда на них наносят особые сорбенты, то они «чувствуют» в воздухе молекулы определенных химических веществ. Фактически это нановесы, на которые садятся молекулы, и можно определить, какие именно соединения улавливает прибор.

Но аналога воронежскому электронному носу-диагносту, по словам воронежских ученых, в мире нет.

Профессор РАН, заведующая кафедрой физической и аналитической химии ВГУИТ Татьяна Кучменко создала сканер, выявляющий заболевания у людей по запаху кожи.

– Кожа выделяет тысячи молекул, которые свидетельствуют о химических реакциях, протекающих в человеческом организме. Их состав непрерывно меняется в зависимости от состояния органов и систем. Мы учим сенсор распознавать соединения, которые являются как нормальными, так и аномальными продуктами метаболизма. «Электронный нос» способен определить, устал человек или он полон сил, сыт или голоден, счастлив или расстроен, – рассказала автор изобретения.

«Электронный нос» протестировали уже около тысячи добровольцев. Проведено более 17 тыс. исследований, в которых принимали участие люди в разных состояниях: переутомленные после сессии, бодрые после занятий спортом, радостные, огорченные, больные ковидом и перенесшие это заболевание некоторое время назад.

Прибор выглядит как цилиндр, который прикладывают к сухой ладони. Сканер анализирует молекулы, выделяющиеся из кожи, и через несколько минут специальная программа выводит на экран компьютера визуальный результат в виде диаграмм и графиков. Цвет секторов диаграммы указывает на состояние органов и систем: зеленый – значит, организм работает нормально, желтый – есть легкие отклонения, красный – серьезные сбои, бордовый – критическое состояние. Надписи подсказывают, на что обратить внимание: «Огромная нагрузка на сердце и сосуды. Боль. Сильное воспаление».

Также можно прикладывать прибор к разным участкам лица: за полтора часа он способен отсканировать два десятка органов и систем.

– Вот результаты обследования курильщика – на диаграмме вообще нет зеленого цвета. Легкие, печень, сердце – оранжевый уровень опасности. Сканер улавливает никотиновые кислоты, органы человека буквально воняют никотином, кричат о помощи. А курильщик считает, что во время курения он успокаивается, – прокомментировала Татьяна Кучменко.

«Электронный нос» подтвердил, что коронавирусная инфекция – коварное заболевание, после которого организм восстанавливается очень долго.

– До ковида студентка протестировала свой организм – вся диаграмма зеленая, 90% здоровья. После того как она перенесла COVID-19 и выздоровела, прошла повторное тестирование. Внешний вид у девушки цветущий, а прибор показывает, что у нее совершенно нет энергии. Сенсор реагирует на внедрение вируса в организм, но он показывает и то, что происходит после видимого выздоровления: поражение органов продолжается, ковид бьет по самым слабым местам, дает осложнения на сердце, почки, суставы, – отметила ученый.

У изобретения есть упрощенный, «домашний» вариант – биосканер с одним сенсором вместо восьми. Его люди смогут использовать самостоятельно для постоянного мониторинга своего здоровья.

– Нас беспокоит состояние окружающей среды, но еще важнее – экология собственного организма. Сейчас в моде здоровый образ жизни. Но часто мы действуем наугад. Откуда известно, что человеку подходят именно такие физические нагрузки или способ питания? Прибор поможет это уточнить, – утверждает Татьяна Кучменко.

Домашний доктор

В 2020 году ученые проводили исследования совместно с медиками в больницах Воронежа. С помощью сканера тестировали пациентов эндокринологического отделения детской больницы при Воронежском государственном медуниверситете имени Бурденко. Ученые анализировали показатели, которые давал запах кожи здоровых детей, маленьких пациентов с диабетом первого типа и детей с ожирением и подозрением на диабет второго типа. Прибор в течение нескольких минут позволяет выявить патологию. Первичный диагноз можно затем подтвердить стандартными анализами.

Воронежским ученым также удалось неинвазивным методом, с помощью сканера биомолекул, обнаружить в организме пациента бактерию хеликобактер пилори, которая является причиной многих заболеваний желудочно-кишечного тракта.

Прибор прошел испытания и полностью готов к воспроизводству. Остается только найти возможности для выпуска опытной партии портативных сканеров биомолекул. Изобретатели уверены, что электронный нос вскоре станет привычным инструментом экспресс-диагностики.

– Хотелось бы, чтобы сканер для самодиагностики был у каждого человека. Достаточно 20 минут в день, чтобы вы получили отчет о состоянии своего организма и на этом основании могли понять, когда нужно снизить нагрузку, а в каком случае пора обратиться к врачу, – отметила Татьяна Кучменко.