Papiersensoren en smartphone -app Monitor Persoonlijke belichting van rook

Een goedkope papieren sensor samen met een op smartphone gebaseerde lezer ontwikkeld door een door een door Washington State University geleide team kan snel informatie verstrekken over de persoonlijke rookblootstelling van een persoon tijdens het natuurbrandseizoen.

De sensor kan waardevolle informatie bieden voor brandweerlieden en anderen om te verduidelijken hoeveel schadelijke vervuiling ze kunnen inademen tijdens rokerige omstandigheden. De onderzoekers, waaronder die van de Universiteit van Washington en de Universiteit van Georgia, rapporteren over hun werk in het tijdschrift, ACS -toegepaste materialen en interfaces.

De papieren biosensor gebruikt kleine, bloemachtige deeltjes van palladium en platina om het signaal te detecteren en te versterken van biomarkers van natuurbranden in urine. Om het systeem klaar te maken, ontwikkelde het team ook een aangepaste 3D-geprinte smartphone-lezer en -app, waardoor gebruikers hun blootstelling ter plaatse snel kunnen scannen en kwantificeren.

“Ons doel is om de blootstelling ter plaatse snel in realtime te identificeren en te rapporteren met een smartphonerlezer, zodat agentschappen snel het blootstellingsniveau en de locatie kunnen identificeren en beslissingen kunnen nemen voor een strategie voor gevarenpreventie,” zei Annie Du, een onderzoeksprofessor in WSU’s School of Mechanical and Materials Engineering die het project leidt.

Met het toenemende aantal en de grootte van bosbranden in de afgelopen jaren, willen onderzoekers betere informatie over de persoonlijke rookblootstelling van mensen om de gezondheidseffecten effectiever te begrijpen en te verminderen. Menselijke blootstelling aan houtrook is gekoppeld aan tal van gezondheidsproblemen, waaronder luchtwegaandoeningen, hart- en vaatziekten en longkanker.

Momenteel zijn schattingen van het blootstellingsniveau van een persoon niet exact. Bureaus bepalen aan hoeveel rook een persoon kan worden blootgesteld op basis van computermodellen die regionale meteorologie, satellietgegevens, luchtkwaliteitssensoren in de regio gebruiken, of zelfs persoonlijke percepties van rookniveaus.

Die methoden missen soms de grote variaties in rook die in een klein gebied kunnen gebeuren. Ze krijgen ook niet de specifieke blootstellingsniveaus van een persoon aan chemicaliën of hoe een persoon variabele vervuilers in zijn of haar lichaam variabel kan metaboliseren en verwerken.

Bovendien kan blootstelling aan verontreinigende stoffen van bosbranden gevolgen hebben voor mensen – zelfs als ze niet veel symptomen hebben.

“Je wordt blootgesteld aan rook wanneer je de vervuilde lucht inademt, maar je lichaam verandert die in een metaboliet en introduceert veranderingen in je DNA,” zei Du, die ook in het College of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences zit. “Daarom zijn we gericht op vroege detectie. We willen biologische veranderingen vangen voordat klinische symptomen verschijnen.”

Er zijn bloedtesten om de blootstelling aan rook te meten, maar ze zijn omslachtig en duur, waardoor monsters voor analyse naar een laboratorium moeten worden gestuurd. Wanneer branden in afgelegen gebieden zijn, is het krijgen van informatie over de blootstelling van een persoon nog moeilijker.

Met de teststrips konden de onderzoekers kleine hoeveelheden metabolieten meten van de benzeen van verontreinigende stoffen. Hun biosensor-apparaat is goedkoop en zeer gevoelig voor het signaal van de benzeenmetabolieten.

In tegenstelling tot een covid -teststrip, die alleen bepaalt of een persoon al dan niet covid heeft, kan zijn sensor de hoeveelheid schadelijke chemicaliën kwantificeren waaraan iemand is blootgesteld. De 3D-geprinte sensor kan worden aangesloten op een smartphone, zodat onderzoekers met behulp van de locatiegegevens van een telefoon precies kunnen bepalen waar rookniveaus het meest gevaarlijk zijn en de chemicaliën in verschillende buurten kunnen identificeren.

De onderzoekers hebben de strips getest in een laboratoriumomgeving. Ze zullen nu beginnen met het testen van de strips met brandweerlieden tijdens het natuurbrandseizoen en deze vergelijken met standaard laboratoriumtests. Hoewel ze aanvankelijk zullen testen met Wildland Firefighters, werken ze samen met WSU’s Office of Commercialization en zijn ze van plan de technologie aan te passen en uit te breiden aan andere kwetsbare bevolkingsgroepen in de toekomst.