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Erkennen von Asthma-Reizstoffen
Forscher bei Georgia Tech Forschungsinstitut (GTRI) in Atlanta ein tragbares Sensorsystem zur Überwachung der Luftqualität für Asthmatiker entwickelt. Das Gerät ist eine Kombination von Sensoren, die den Gehalt an Chemikalien in der Luft messen, von denen angenommen wird, dass sie Asthmaanfälle verursachen, wie Ozon, flüchtige organische Verbindungen und Formaldehyd. Es ist leicht und klein genug, um in die Tasche eines Patienten zu passen, sodass die Expositionsniveaus kontinuierlich überwacht werden können.
Reizstoffe erkennen: Mark Jones (oben) ist leitender Ingenieur für die Entwicklung eines Sensorsystems (unten), das fünf Arten von Chemikalien misst, von denen bekannt ist, dass sie Asthmaanfälle verursachen. Das Gerät, das ungefähr die Größe eines großen Mobiltelefons hat, wird verwendet, um die Exposition einer Person kontinuierlich zu überwachen, um die Ursache von Angriffen zu finden.
Wir können nur verstehen, wie sich Umweltfaktoren auf Asthma auswirken, wenn wir die Exposition einer Person täglich messen können, sagt Charlene Bayer, Leiterin der Environmental Exposures and Analysis Group bei GTRI und des Sensorsystems Hauptermittler. Dazu brauchen wir ein solches Gerät, das zahlreiche Sensoren in einem kleinen, tragbaren Paket aufnehmen kann.
Schätzungen zufolge leiden 20 Millionen Amerikaner an Asthma Nationales Gesundheitsinstitut (NIH) und die Identifizierung der Auslöser eines Angriffs ist derzeit ein Ratespiel. Es gibt einige wenige Geräte auf dem Markt, die eine oder zwei Chemikalien messen, aber sie sind stationär und haben die Größe eines Desktop-Computers, sagt Mark Jones, CEO von Gehäusetechnologien und der leitende Ingenieur, der das Sensorsystem entwickelt.
Derzeit ist die einzige Möglichkeit, einen Asthmaanfall mit Medikamenten zu kontrollieren oder eine Vermeidung auszulösen. Im Jahr 2007 beliefen sich die gesamten Gesundheitskosten von Asthma in den Vereinigten Staaten nach Angaben des NIH auf etwa 19,7 Milliarden US-Dollar.
Untersuchungen haben gezeigt, dass, wenn Sie die Auslösung eines Asthmaanfalls reduzieren können, Sie die Auswirkungen der Krankheit verringern, sagt Mark Millard, der Direktor des Baylor Martha Foster Lungenpflegezentrum am Baylor University Medical Center in Dallas, TX. Die neue Sensorik, sagt er, versuche wirklich, die Frage zu beantworten: Was sind die Auslöser für Menschen mit Asthma?
Das Gerät hat ungefähr die Größe eines Mobiltelefons und enthält insgesamt fünf Sensoren, die verschiedene mögliche Asthma-Auslöser messen: Ozon, Stickstoffdioxid, Formaldehyd, Kohlendioxid und insgesamt flüchtige organische Verbindungen – das Gebräu von Chemikalien, die als Gase aus Produkte wie Farben, Reinigungsmittel und Baumaterialien. Das Gerät enthält auch Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sowie eine Uhr, um die Messungen mit einem Zeitstempel zu versehen. Die Forscher nutzten bereits auf dem Markt befindliche Sensoren und hielten das Gerät klein, indem sie die Sensoren auf einer zweiseitigen Platine aufbauten.
Die Festlegung eines Zeitplans ist für Spätphasenreaktionen wichtig, sagt Millard, da Reaktionen auf Verbindungen wie Formaldehyd vier bis sechs Stunden nach der Exposition eines Patienten auftreten können. Jetzt können wir uns die Daten ansehen und wissen, dass ein Patient vielen dieser Verbindungen ausgesetzt war und dies der Auslöser sein könnte.
Zur Messung der Luftqualität saugt ein kleiner Motor im Gerät Luft durch einen Ansaugschlauch an. Bevor die Luft über die Sensoren strömt, trifft sie auf einen kleinen Filter, der Partikel wie Staub und Pollen entfernt. Die Masse des Filters wird vor und nach einer Probenahmezeit gemessen, um die Gesamtpartikelmenge zu bestimmen. Die Luft wird dann gleichmäßig über die Sensoren verteilt.
Es dauert etwa 30 Sekunden, bis die Luft durch das Gerät strömt und die Daten gespeichert sind, und dann geht es für eine weitere Minute in den Ruhezustand. In einer Stunde werden ungefähr 50 oder 60 Proben benötigt, sagt Jones.
Das Gerät kann bis zu 24 Stunden getragen werden, bevor der Partikelfilter ausgetauscht werden muss und der Speicher des Geräts voll ist. Die Daten können vom Sensorsystem auf einen Computer heruntergeladen werden.
Millard sagt, dass das Gerät einzigartig und innovativ ist, aber er würde gerne seine Fähigkeiten zur Messung von Tabakrauch erweitert sehen. Außerdem möchte er die Partikelmessungen aussortieren, damit sie in Echtzeit gemessen werden können – ein Upgrade, das laut Bayer nach der Markteinführung des Geräts eingeführt wird. Bayer möchte auch genauere Werte zu den verschiedenen flüchtigen organischen Verbindungen erhalten.
Wir möchten an dem Punkt ankommen, an dem wir bestimmte Sensoren ein- und ausfahren können, damit ein Patient sie auf seine speziellen Bedürfnisse ausrichten kann, sagt Bayer. Asthma ist eine sehr komplizierte Krankheit und es gibt eine Reihe verschiedener Expositionen in der Luft, die einen Asthmaanfall verschlimmern können. Diese Technologie wird es uns ermöglichen, die Quelle der Exazerbation zu finden und die gesundheitlichen Auswirkungen zu verstehen, sagt sie.
Die Forscher von GTRI seien derzeit in Gesprächen mit einem unbekannten Unternehmen, um das Gerät zu kommerzialisieren, sagt Bayer. Die anfänglichen Zielbenutzer werden Asthmapatienten sein, aber das Gerät wird auch anderen zugänglich sein, die Umweltbelastungen untersuchen möchten.