หน้ากากติดเซนเซอร์ วิเคราะห์สารเคมีลมหายใจแบบเรียลไทม์

หลังจากสถานการณ์การแพร่ระบาดของโควิด-19 ทำให้การใส่หน้ากากอนามัยกลายเป็นเรื่องปกติของใครหลาย ๆ คน ทั้งเพื่อป้องกันเชื้อโรค หรือเพื่อป้องกันปัญหาทางเดินหายใจของตัวเอง ดังนั้นสำหรับคนที่ชื่นชอบการสวมใส่หน้ากาก อาจจะชอบนวัตกรรมชิ้นนี้ กับหน้ากากอนามัยที่ติดตั้งเซนเซอร์ ทำให้สามารถวิเคราะห์ลมหายใจของผู้สวมใส่ได้แบบเรียลไทม์

นวัตกรรมหน้ากาก EBCare ตรวจสอบสารเคมีในลมหายใจ

นวัตกรรมนี้คือ หน้ากากอนามัยอีบีแคร์ (EBCare ย่อมาจาก Exhaled Breath Condensate) คิดค้นโดยศาสตราจารย์ เว่ย เกา (Wei Gao) และเพื่อนร่วมงานจากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย สหรัฐฯ ออกแบบมาเพื่อตรวจสอบโรคทางเดินหายใจ เช่น โรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง (COPD) โรคหอบหืด อาการหลังการติดเชื้อโควิด-19 และโรคที่เกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจอื่น ๆ 

ทั้งนี้ การศึกษาก่อนหน้ามีการคิดค้นนวัตกรรม “หน้ากากอัจฉริยะ” ที่ใช้สำหรับติดตามสุขภาพอื่น ๆ มาบ้างแล้ว แต่นวัตกรรมที่ผ่านมามักจะเป็นการติดตามอัตราการหายใจ อุณหภูมิการหายใจ หรือความชื้นที่ออกมาจากลมหายใจของผู้สวมใส่ แต่ EBCare จะเน้นตรวจสอบ "สารเคมี" ที่ออกมาจากลมหายใจซึ่งนำไปสู่การระบุปัญหาสุขภาพได้

การทำงานของหน้ากาก EBCare

ในหน้ากากจะมีการติดตั้งระบบระบายความร้อน 2 ระบบ คือ 1. ระบบระบายความร้อนด้วยการระเหย ซึ่งมีไฮโดรเจลที่จะดูดซับความชื้นและลดอุณหภูมิ ผสมกับระบบที่ 2. คือการระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสี เมื่อผู้สวมใส่หายใจออก ลมหายใจที่มีความชื้นจะถูกทำให้เย็นลง และความชื้นก็จะถูกควบแน่นกลายเป็นของเหลว

จากนั้นของเหลวที่ถูกควบแน่นนี้ จะถูกนำเข้าไปในช่องไมโครฟลูอิดิก (Microfluidic Channels) ซึ่งเป็นช่องขนาดเล็กภายในหน้ากาก ด้วยหลักการที่เรียกว่า แคพิลลารี แอคชัน (Capillary Action) หรือการซึมตามรูเล็ก ๆ เช่น หลอดเลือดฝอย หรือ การเคลื่อนที่ของน้ำไปตามท่อเล็ก ๆ ในรากเพื่อลำเลียงไปตามส่วนต่าง ๆ ของพืช ด้วยกระบวนการนี้ ของเหลวที่ได้จากลมหายใจของผู้สวมใส่ จะถูกส่งไปยังจุดเก็บน้ำ แล้วเซนเซอร์ที่ติดตั้งที่จุดเก็บน้ำจะวิเคราะห์ของเหลว โดนเซนเซอร์แต่ละตัวจะตรวจจับสารเคมีแต่ละชนิด จากนั้นข้อมูลจะถูกส่งต่อแบบไร้สายไปแสดงผลบนแอปพลิเคชันที่ทำงานร่วมกันในสมาร์ตโฟนได้แบบเรียลไทม์

ผลการทดลอง

ทีมพัฒนาได้นำหน้ากากอนามัย EBCare ไปทดลองใช้กับผู้ป่วยโรคหอบหืดและโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง ผลลัพธ์พบว่า หน้ากาก EBCare สามารถตรวจจับ "ระดับไนไตรท์" สารเคมีที่มักพบปริมาณสูงเมื่อมีการอักเสบในระบบทางเดินหายใจ ซึ่งการอักเสบในระบบทางเดินหายใจเป็นอาการทั่วไปที่มักพบในผู้ที่มีภาวะทางเดินหายใจ เช่น โรคหอบหืดและปอดอุดกั้นเรื้อรัง 

นอกจากนี้หน้ากากยังสามารถตรวจวัดระดับแอมโมเนียมในลมหายใจได้ ซึ่งแอมโมเนียมมีความเกี่ยวข้องกับปริมาณยูเรียในเลือด ทั้งนี้หากพบปริมาณยูเรียในกระแสเลือดสูง อาจจะเป็นการบ่งชี้ถึงปัญหาไตได้

ไม่เพียงเท่านั้น หน้ากาก EBCare ยังสามารถวัดระดับแอลกอฮอล์ในเลือดได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากหากมีการดื่มแอลกอฮอล์ มันจะผสมอยู่ในลมหายใจด้วย ซึ่งหมายความว่าหน้ากากนี้อาจจะเป็นอีกทางเลือกในการตรวจระดับแอลกอฮอล์ในลมหายใจได้

เว่ย เกา กล่าวว่า “เทคโนโลยีนี้อาจจะเป็นรากฐานสำหรับการสร้างหน้ากากที่ทำหน้าที่เป็นตัวติดตามสุขภาพแบบเอนกประสงค์ก็ได้”

ด้านราคานั้น ทีมวิจัยเปิดเผยว่า ราคาวัสดุในการสร้างหน้ากาก EBCare อยู่ที่ประมาณ 1 ดอลลาร์ หรือประมาณ 34 บาทเท่านั้น

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Science ฉบับวันที่ 29 สิงหาคม 2024

ที่มาข้อมูล NewAtlas, Caltech, Science

ที่มารูปภาพ Caltech