در آینده، این روش نه تنها توسط پلیس برای چک کردن مسمومیت با الکل استفاده می‌شود، بلکه برای آزمایش وضعیت ورزشکاران و افرادی که می‌خواهند اضافه وزن خود را از دست بدهند نیز استفاده خواهد شد. حسگری که توسط محققان ETH ساخته شده است، می‌تواند با یک تنفس مناسب زمانی را که بدن شروع به سوزاندن چربی می‌کند اندازه گیری کند. یکی از راه‌های کاهش وزن، ورزش استقامتی است که طی آن بدن نه تنها کربوهیدرات‌هایی مانند شکر، بلکه چربی را نیز می سوزاند. بدن دقیقاً زمانی مورد آنالیز قرار می‌گیرد که شروع به سوزاندن چربی کند، برای مثال، تولید نشانگرهای زیستی در خون یا ادرار. دانشمندان ETH Zurich و بیمارستان دانشگاه Zurich در حال حاضر روشی مناسب را برای نظارت آسان بر زمان واقعی لیپولیز طی تنفس افراد در طول ورزش ایجاد کرده‌اند.
Andreas Günntner، از گروه ETH، توضیح می‌دهد:
هنگام سوزاندن چربی، محصولات جانبی تولید شده در بدن راه خود را برای رسیدن به خون پیدا می‌کنند.
در حفره های ریوی، این مولکول‌ها – به ویژه مولکول‌های فرار – توسط تنفس افراد وارد هوا می شوند. یکی از این متابولیت‌های لیپیدی فرار، استون است. Günntner و همکارانش یک حسگر گاز کوچک ایجاد کرده‌اند که حضور این ماده را اندازه‌گیری می‌کند. این سنسور بسیار حساس تر از سنسورهای قبلی است؛ می‌تواند یک مولکول استون را در ۱۰۰ میلیون مولکول شناسایی کند. سنسور، استون را به طور انحصاری اندازه‌گیری می‌کند، بنابراین بیش از ۸۰۰ جزء شناخته شده فرار در تنفس بر روی اندازه‌گیری تاثیر نمی‌گذارد.
تفاوت‌های عمده فردی
محققان با همکاری متخصصین ریه در بیمارستان دانشگاه Zurich به ریاست Malcolm Kohler، استاد و مدیر گروه سلول‌های بنیادی، عملکرد سنسور را در داوطلبان هنگام ورزش کردن آزمایش کردند. افراد مورد آزمایش در یک جلسه یک‌و‌نیم ساعته، پدال زدن با دوچرخۀ ثابت به همراه دو زمان استراحت کوتاه انجام می‌دادند. پژوهشگران از افراد خواستند تا داخل لوله‌ی حاوی سنسور استون به طور منظم فوت کنند.
گنتنر می گوید:
ما توانستیم نشان دهیم که غلظت استون در بازدم افراد مختلف متفاوت است.
نظریه علمی که بیان می‌کند “ورزشکاران تنها بعد از زمان معینی ورزش و رسیدن ضربان قلب به یک ریتم مشخص، شروع به چربی‌سوزی می‌کنند” اکنون منسوخ شده است. بررسی اندازه‌گیری‌ها نشان داده است که روش جدید اندازه‌گیری برای نظارت مناسب بر غلظت بیومارکر بتا هیدروکسی بوتیرات (Beta-Hydroxy Butyrate) در خون افراد مورد آزمایش هم‌خوانی دارد. امروزه این تجزیه و تحلیل خون یکی از روش‌های استاندارد برای بررسی لیپولیز است.
تعامل با نانوذرات
سنسور تولید شده توسط دانشمندان از یک تراشه با پوشش فیلم متخلل حاوی نانوذرات نیمه‌رسانای خاصی ساخته شده است. ذرات تریست، اکسید تنگستن هستند که محققان آن‌ها را با یک اتم سیلیکون تکمیل کرده‌اند. توسعۀ تراشه هفت سال پیش آغاز شد، زمانی که پروفسور Pratsinis و همکارانش، در گروه ETH، کشف کردند که نانو ذرات تری‌اکسید تنگستن با استون در تعامل هستند، اگر اتم‌های نانو ذرات در یک ساختار بلوری مشخص قرار بگیرند. این تعامل، مقاومت الکتریکی تراشۀ پوشش داده شده با نانوذرات را کاهش می‌دهد و این پدیده می‌تواند اندازه‌گیری شود. در اصل، ایدۀ اولیه این بود که از تراشه برای تشخیص دیابت استفاده کنند، چراکه تنفس بیماران مبتلا به دیابت نوع اول، شامل غلظت بالای استون است. از آن زمان، دانشمندان نشان داده‌اند که حسگر به قدری حساس است که می‌تواند غلظت های بسیار پایین استون را حین ورزش تشخیص دهد.
تراشۀ مورد استفاده در این مطالعه، به اندازه یک سکه است، اما محققان تلاش می‌کنند این تکنولوژی را اصلاح کنند تا اندازه‌گیری را به وسیله ابعاد کوچک‌تری از این تراشه‌ها محاسبه نمایند. هدف این است که تراشه را در یک دستگاه قابل کنترل قرار دهیم. گنتنر ادامه می‌دهد:
این امر به ورزشکاران و افرادی که می‌خواهند وزن کم کنند کمک می‌کند تا زمانی که بدن آن‌ها شروع به سوختن چربی می‌نماید، کنترل کنند، تا بتوانند رژیم تمرینی خود را بهینه سازی کنند.
ارزان، کوچک و در عین حال بسیار حساس
اندازه‌گیری‌های بسیار حساس استون با استفاده از ابزارهای دیگر، مانند طیف سنج جرم، که از دستگاه‌های آزمایشگاهی بزرگ است و هزینۀ چند صد هزار فرانک سوئیس را می طلبد، امکان پذیر است. محققان از این ابزارها در مطالعۀ کنونی استفاده می‌کنند تا اندازه‌گیری‌های آن را تأیید کنند. دستگاه استون‌سنج دستی نیز در حال حاضر وجود دارد، اما تنها یک بار قابل استفاده است. گنتنر توضیح می‌دهد:
تکنولوژی ما دارای مزیت‌های بسیاری از جمله ارزان بودن، قابل کنترل بودن و در عین حال حساسیت بالا می‌باشد – به علاوه می تواند اندازه‌گیری‌ها را در زمان واقعی انجام دهد. این باعث می‌شود استفاده از آن برای افرادی که در باشگاه هستند و یا افرادی که رژیم می‌گیرند مناسب باشد.
مقالۀ مرتبط: روز جهانی نانو تکنولوژی؛ با این تکنولوژی آشنا شوید
دانشمندان اکنون در حال برنامه‌ریزی برای توسعۀ روش اندازه‌گیری خود هستند تا بتوانند در نهایت آن را به بازار عرضه کنند. آن‌ها قبلا یک نمونۀ اولیه از ابزار را داشتند. دانشمندان هم‌چنین در حال توسعۀ سنسورهای گاز برای سایر مولکول‌های پزشکی موجود در تنفس هستند، از جمله آمونیاک برای آزمایش عملکرد کلیه، ایزوپرن برای آزمایش متابولیسم کلسترول و آلدئیدها مختلف برای تشخیص زود هنگام سرطان ریه.
