スマートマスクが登場！呼吸をもっと「スマート」にする

著者 李伝福

最近、科学者がサイエンス誌に発表した研究結果により、マスクはもはや単なる防護具ではなく、ハイテクな健康モニタリング装置となった。この技術は、呼吸についてのより深い理解をもたらすだけでなく、呼吸器疾患や代謝疾患の早期診断、監視、管理のための新たな手段も提供します。

呼吸は生命活動の中で最も基本的かつ複雑な活動の一つです。私たちは呼吸するたびに酸素を交換するだけでなく、健康状態に密接に関係する生物学的情報も放出しています。たとえば、糖尿病患者の息は、独特の「腐ったリンゴ」のような臭いがすることがよくありますが、これは吐き出されるアセトン濃度が高いことが原因です。さらに、COVID-19などの呼吸器感染症も呼気中のエアロゾルを介して伝染する可能性があります。しかし、呼気ガスの流動性のため、呼気中の化学分子のサンプリングと検出は常に技術的な課題となっていました。

呼気凝縮液（EBC）は、息が冷たくなったときに凝縮する液体です。アセトン、アンモニア、ロイコトリエンなどのバイオマーカーが豊富に含まれています。これらのマーカーは人体の健康状態を明らかにすることができます。しかし、従来の EBC 収集方法には、冷却時間が短い、温度変化が大きい、消費電力が高い、重量とサイズの制限があるなど、多くの制限があり、ウェアラブル アプリケーションが制限されます。

カリフォルニア工科大学の Gao Wei 教授のチームは、日常的に使用するマスクに組み込む柔軟なマイクロ流体デバイス「EBCare」を提案しました。このスマートマスクは、呼気中の水分を継続的に凝縮し、EBC を自動的に捕捉してリフレッシュし、バイオマーカーのリアルタイムの in situ マルチプレックス分析を実行できます。 EBCare の設計は、屋内および屋外の環境で少なくとも 7 時間の連続冷却効果を実現できる新しいパッシブ マイクロ連続冷却戦略に基づいています。さらに、EBCare はバイオニクスの原理を採用して植物内の液体の流れのメカニズムを模倣し、EBC の安定した連続的な流れを実現します。

スマートマスクデザイン 出典：サイエンス誌

EBCare の電気化学センサーアレイは、EBC 内の複数のバイオマーカーを高い選択性と感度で分析できます。これらのセンサーパッチは、レーザー切断やインクジェット印刷によって低コストで大量生産できるため、EBCare は手頃な価格の健康モニタリング ツールになります。 EBCare を通じて、ユーザーの呼吸と代謝のデータをリアルタイムで収集して分析し、日常生活と病気の管理のための継続的な健康モニタリングを提供します。

EBCare の応用範囲は非常に広いです。呼吸器疾患、代謝疾患、感染症の研究と早期診断を促進するだけでなく、予防医学や個人精密医療の分野でも重要な役割を果たします。この技術が発展し、改善されていくにつれ、EBCare は人々の健康レベルを向上させるための重要な技術的サポートになると確信しています。