Co można uzyskać dzięki wynalazkowi

Reklama

Przedmiotem wynalazku jest zintegrowana matryca czujników gazów, która może być zrealizowana w dowolnej technologii, np. monolitycznej technologii krzemowej. W technologii krzemowej wykonywane są wszelkiego rodzaju układy elektroniczne. Realizacja matrycy czujników w takiej technologii umożliwia połączenie czujników gazów z elektroniką odczytową i stworzenie w jednym chipie układu detekcji (wykrywania gazu) oraz układu analizy (określenie jaki to gaz i ile tego gazu jest). Dodatkowo, wykonanie w technologii krzemowej pozwala na miniaturyzację całego chipu i umieszczenie go np. w nowoczesnych smartphonach czy tabletach. Dzięki temu każdy nowoczesny telefon/tablet może zostać wyposażony w układ do detekcji wybranych gazów, np. do detekcji zanieczyszczenia powietrza (smogu) lub do monitorowania niektórych chorób, np. cukrzycy. W wydychanym ludzkim powietrzu znajdują się liczne lotne związki organiczne (ponad 3500) a niektóre z nich mają znaczenie medyczne (biomarkery/bioznaczniki). Ich obecność w wydychanym powietrzu może świadczyć o występowaniu stanu chorobowego. Konieczne jest więc wykrywanie tych gazów oraz analiza koncentracji, np. stężenie acetonu w wydychanym powietrzu przekłada się na stężenie glukozy we krwi. Zastosowanie więc matrycy czułej na aceton w oddechu może z powodzeniem umożliwić kontrolowanie cukru we krwi i w przyszłości zastąpić stosowane obecnie glukometry bazujące na pomiarach z kropli krwi.

Istota wynalazku

Według najnowszych danych opublikowanych przez Światową Organizację Zdrowia na świecie żyje ponad 400 mln osób ze zdiagnozowaną cukrzycą. W Europie około 64 mln, z czego w Polsce liczba ta oscyluje około 4 mln (9,5% populacji). Cukrzyca wywołuje choroby oczu, nerek i nerwów oraz jest bezpośrednią przyczyną ok. 2% zgonów w Polsce. Konwencjonalna metoda monitorowania cukrzycy polega na kontrolowaniu stężenia glukozy we krwi a od kilkudziesięciu lat realizowana jest poprzez wykorzystanie osobistych glukometrów, dzięki którym chorzy mogą kontrolować samodzielnie poziom glukozy i w razie konieczności dawkować odpowiednie ilości insuliny. Innowacyjna metoda monitorowania cukrzycy bazuje na nieinwazyjnym pomiarze glukozy na podstawie analizy składu chemicznego wydychanego powietrza. Wydychane ludzkie powietrze jest mieszaniną gazową, w której zawarte są lotne związki organiczne. Do dnia dzisiejszego udało się oznaczyć ponad 3500 różnych LZO, z czego część z nich (ok. 500) uznano za bioznaczniki (biomarkery) różnych chorób, np. aceton jest jednym z bioznaczników cukrzycy. Istota wynalazku polega właśnie na opracowaniu zintegrowanej matrycy czujników gazów, umożliwiających pomiar acetonu o stężeniu występującym w wydychanym powietrzu. U dorosłego zdrowego człowieka poziom ten waha się od 300 ppb (ang. Part per bilion – cząsteczek na miliard) do 800 ppb (czyli 800 cząsteczek acetonu w pośród miliarda cząsteczek innych gazów). U osób z cukrzycą poziom acetonu zawiera się w przedziale 1600 ppb – 5000 ppb, czyli wciąż jest to stężenie bardzo małe. Komercyjnie dostępne czujniki umożliwiają pomiar dopiero od poziomu 50000 ppb konieczne jest więc opracowanie nowoczesnych czujników. Opracowana przez wynalazców matryca może mieć uniwersalne zastosowanie w zależności od użytych warstw gazoczułych w związku z czym może być wykorzystywana do monitorowania cukrzycy ale również np. do monitorowania zanieczyszczeń czy monitorowania innych chorób, tj. astma, choroby nowotworowe, itd. Opracowana zintegrowana matryca czujników gazów może być wykonana w dowolnej technologii włącznie z powszechnie stosowaną w elektronice technologią krzemową CMOS. Wykonanie matrycy w tej technologii pozwala sprząc ją jednocześnie z elektroniką odczytową co w przyszłości powinno pozwolić na montaż takich matryc w telefonach, tabletach, laptopach i innych urządzeniach elektronicznych. Dzięki temu, osoby ze zdiagnozowaną chorobą, np. cukrzycą będą mogły w sposób ciągły monitorować poziom glukozy bez konieczności nakłuwania palców do pobierania próbek krwi. Co więcej, zastosowanie matryc w urządzeniach codziennego użytku pozwoli lekarzom na przeprowadzenie badań przesiewowych na szerokiej grupie pacjentów, co jest bardzo istotne gdyż szacunkowa liczba osób niediagnozowanych w Polsce oscyluje ok. 800 tyś i rok rocznie wzrasta.

Potencjał komercjalizacji

Zintegrowana matryca czujników gazu służy do pomiaru stężenia wybranego gazu w mieszankach gazowych (np. powietrze) szczególnie jeśli to stężenie jest znikomo małe i nie może być wykryte przez dostępne komercyjnie czujniki gazu. Najbardziej istotnym zastosowaniem matrycy i całej metody jest badanie śladowych zawartości acetonu i innych markerów gazowych służących określeniu ich stężenia a w konsekwencji określenia poziomu glukoz. Analiza wydmuchanego powietrza pozwoli na szybkie, bezbolesne i bezstresowe pomiary glukozy u diabetyków jak i przeprowadzenie tanich i szerokich badan przesiewowych w całej populacji. Matryca może być również stosowana do wykrywania pojawiających się gazów niebezpiecznych szczególnie kiedy ich stężenie jest jeszcze niewykrywalne przez komercyjne czujniki gazu (np. metan w kopalniach). Pozwoli to zlokalizować ewentualne źródła nacieku i przeciwdziałać wybuchom w momencie kiedy stężenie nie jest jeszcze niebezpieczne. Podobnie rzecz ma się z analiza powietrza w miastach kiedy zaczyna się tworzyć smog i stężenie związków siarki, ołowiu czy innych trucicieli pochodzących ze spalania np. propylenu jest znikomo małe ale rosnące. Wczesna analiza daje możliwość uruchomienia poszukiwań i likwidacji źródeł zanieczyszczeń środowiska