Diagnosztikai okosmaszk a kilélegzett levegő monitorozására
Az új maszk teljesen passzív adatgyűjtést végez, és alkalmas lehet szegényebb régiók népegészségügyi, járványügyi jellemzőinek feltárására is.
A kilélegzett levegő összetétele rendkívül gazdag információforrás, amely nemcsak a légutak mikrokörnyezetéről, hanem a szervezet általános élettani állapotáról is képes képet adni. Ennek ellenére a kilélegzett levegőből származó adatok gyűjtése technológiai szempontból eddig komoly kihívást jelentett. Ezen a területen hozott áttörést a Caltech kutatócsoportja, amely 2024-ben egy olyan okosmaszk prototípusát fejlesztette ki, amely a kilélegzett levegőben található biomarkerek alapján képes különböző betegségek – például az asztma vagy a Covid–19 fertőzés utóhatásai – monitorozására. A kutatók most továbbfejlesztették a rendszert, hogy fenntarthatóbb, hosszabb ideig használható és több egészségi paraméter követésére alkalmas legyen.
A fejlesztés egyik kulcsa az volt, hogy a maszk működési idejét jelentősen meghosszabbítsák. A Nature Sensors folyóiratban megjelent tanulmány szerint a kutatócsoport új anyagtudományi megoldásokkal és rendszertervezési fejlesztésekkel érte el, hogy a maszk hosszú távon is stabilan működjön. A maszk első lépésként lehűti a kilélegzett levegőt egy olyan hidrogél segítségével, amely képes vizet megkötni és megtartani. A lehűtött levegőből keletkező kondenzátum – az úgynevezett exhalált légkondenzátum (EBC; exhaled breath condensate) – tartalmazza azokat a metabolitokat, kórokozókat és gyulladásos markereket, amelyeket a beépített érzékelők elemeznek, majd az adatokat vezeték nélkül továbbítják egy telefonra vagy számítógépre. A korábbi verziók egyik fő problémája az volt, hogy a hidrogél néhány óra alatt kiszáradt, így a folyamatos monitorozás nem volt megoldható.
A kutatók ezért egy lítium-kloriddal dúsított, kiszáradásnak ellenálló hidrogélt fejlesztettek ki, amely könnyen újrahidratálható, és napokon át megőrzi működőképességét. A maszk érzékelőit is továbbfejlesztették: rugalmas, többrétegű bevonattal látták el őket, hogy ellenálljanak a maszk belsejében folyamatosan változó nedvességszintnek. A rendszer energiaellátását is újragondolták: az új maszk már nem tartalmaz akkumulátort, helyette egy ultravékony, integrált napelem biztosítja a működéshez szükséges energiát, még gyenge beltéri fényviszonyok között is.
Miután a továbbfejlesztett maszk elkészült, a kutatók egészséges önkénteseken vizsgálták, hogyan változik a kilélegzett levegőben mérhető tejsavszint különböző fizikai aktivitások során. A tejsav fontos biomarker, amely a sejtek energiafelhasználásáról, oxigénellátottságáról és anyagcsere-terheléséről ad információt. A mérések azt mutatták, hogy a kilélegzett levegő tejsavszintje jól követi a vérben mérhető változásokat, így a maszk alkalmas lehet a mindennapi anyagcsere-monitorozásra is. A kutatók a szénhidrátfogyasztást követő tejsav-változásokat is vizsgálták, ami további betekintést nyújt az energia-anyagcsere folyamataiba.
A technológia különösen ígéretes lehet globális egészségügyi alkalmazásokban, mivel az EBC gyűjtése teljesen passzív, így gyermekeknél, időseknél és súlyos betegek esetében is könnyen használható. A kutatócsoport a Gates Alapítvánnyal együttműködve már megkezdte a maszk egyszerűsített változatának tesztelését szegényebb régiókban. Kiemelt céljuk, hogy a maszk alkalmas legyen a tuberkulózis kimutatására is, amely Afrikában továbbra is súlyos közegészségügyi probléma.
A fejlesztők hosszú távú célja, hogy a maszk széles körben elérhetővé váljon, és minél több klinikailag releváns biomarker monitorozására legyen képes. A kutatócsoport szerint a platform általános egészségügyi eszközzé válhat, amely akár a mindennapokban is támogatja a felhasználók egészségének megőrzését.
Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:
Upgraded smart mask tracks breath biomarkers for days with solar cell
A battery-free smart mask for long-term exhaled breath biochemical sensing
Irodalmi hivatkozás:
Wenzheng Heng et al, A battery-free smart mask for long-term exhaled breath biochemical sensing, Nature Sensors (2026). DOI: 10.1038/s44460-026-00041-3
