糖尿病診断に向けた新型呼気センサー(New sensor is a breath of fresh air for diagnosing diabetes)

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2025-08-22 ペンシルベニア州立大学(PennState)

米国の成人約3,700万人が糖尿病を患い、うち約20%は未診断とされる。ペンシルベニア州立大学の研究チームは、血液検査に代わり呼気だけで糖尿病を迅速診断できるセンサーを開発した。原理は呼気中アセトン濃度の測定で、1.8ppm以上なら糖尿病の可能性が高い。このセンサーはレーザー誘起グラフェンと亜鉛酸化物を組み合わせた材料を採用。レーザー処理で生成される多孔質グラフェンにより高いガス透過性を得つつ、亜鉛酸化物を加えることでアセトン選択性を確保した。また呼気中の水分干渉には、アセトンを通し水を遮断する選択膜を導入して対処している。現在は専用バッグに呼気を集めて測定する方式だが、将来的にはマスク内や鼻下設置型への小型化も検討中。食事や運動によるアセトン変動をモニタリングする健康管理応用も視野に入れられている。研究成果は化学工学系ジャーナルに掲載され、NIHやNSFの支援を受けた。非侵襲・低コストで初期診断のアクセス改善に貢献する可能性がある。

糖尿病診断に向けた新型呼気センサー(New sensor is a breath of fresh air for diagnosing diabetes)
A team led by a researcher at Penn State has developed a sensor that can help diagnose diabetes and prediabetes on-site in a few minutes using just a breath sample. Credit: Provided by Larry Cheng . All Rights Reserved.

<関連情報>

ZnO/LIGナノコンポジットを用いた室温でのアセトンガス検出:高感度かつ低検出限界を実現 ZnO/LIG nanocomposites to detect acetone gas at room temperature with high sensitivity and low detection limit

Li Yang, Wenyuan Fu, Ya Wang, Zhida Wang, Longbiao Mao, Luxiang Xu, Chengpeng Yao, Hongyu Zhang, Sisi Chen, Hui Zhang, Huanyu Cheng
Chemical Engineering Journal  Available online: 13 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164857

Highlights

  • A highly sensitive ZnO/LIG-based acetone gas sensor with ultralow detection limit.
  • The sensor exhibits large response, fast response/recovery time at room temperature.
  • The resulting sensor can accurately detect acetone in highly humid environments.
  • The sensor can differentiate diabetic patients from healthy individuals for early diagnostics.

Abstract

While the low-cost noninvasive measurements of diabetes based on exhalation diagnosis is of high interest, it is still difficult for the needed gas sensors to achieve high sensitivity, low detection limit, and low power consumption. This study presents a highly sensitive acetone gas sensor with ultralow detection limit based on zinc oxide (ZnO)/laser-induced graphene (LIG) composite with heterostructures on interdigitated electrodes prepared by one-step laser direct writing and simple drop casting. The resulting ZnO/LIG-based acetone gas sensor exhibits a large response of -24 % to 1 ppm acetone, a fast response recovery time of 21/23 s, and an ultralow experimentally demonstrated (or theoretical) detection limit of 4 ppb (or 334 ppt). Further combined with a molecular sieve coating layer, the acetone gas sensor can accurately detect acetone in the highly humid environments such as the exhaled breath and differentiate diabetic patients from healthy individuals for early diagnostics and treatment evaluations.

医療・健康
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