​​

Коллектив исследователей из России (Новосибирский государственный университет) и Германии разработали способ удалять водяные пары из воздуха, собранного у пациента на выдохе. Процедура не меняет количество летучих органических веществ в образце и позволяет сделать анализ состава дыхания намного точнее. Это важно, так как наличие ряда соединений в выдыхаемом человеком воздухе указывает на определенные заболевания. Научная статья опубликована в Journal of Breath Research.

Продукты жизнедеятельности человека наружу из тела выводит не только выделительная система, но и дыхательная. В выдыхаемом воздухе содержатся летучие органические вещества, которые образовались при протекании различных процессов обмена веществ. Когда ход каких-нибудь из этих процессов нарушается, меняется и состав выдыхаемого воздуха. Наиболее известные примеры — повышение содержания уксусного альдегида в дыхании при похмелье и ацетона при сахарном диабете. Таким образом, по содержанию в нем определенных соединений можно выявлять различные болезни, если знать, какие патологии метаболизма за ними стоят. Анализировать состав выдоха может инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием (ИК-Фурье спектроскопия), но существенные искажения в ее результаты вносит наличие водяного пара в образце.

Авторы статьи предложили способ снизить содержание воды в выдыхаемом воздухе. Он основан на разнице в физических свойствах газообразных веществ в каждом образце. Для отдельного летучего соединения можно найти точку с такой температурой и парциальным давлением, что оно начнет конденсироваться — переходить в жидкую фазу. Таким образом, создавая нужные условия, из смеси газов можно удалять за раз по одному компоненту. А выдыхаемый воздух при комнатной температуре уже насыщен водой (т.е. обладает предельно высоким парциальным давлением), но не летучей органикой. Соответственно, остается только охладить его, и большая часть воды перейдет в жидкое состояние, а затем и в твердое. Исследователи сконструировали охлаждающее устройство для конденсации водяного пара и проверили его работу на образцах искусственного воздуха, а после успешного завершения этого этапа — на реальных выдохах пяти здоровых людей 35—77 лет.

 

 

Изображение: Alexander Apolonski et als. / Journal of Breath Research

Объем воздуха от каждого добровольца составлял один литр. Сбор такого количества газов занимал примерно минуту, а очищение от воды — 25 минут. Это достаточно быстро, а скорость важна для удобства пациентов и клинической диагностики. Конденсатор снижал содержание водяного пара в выдыхаемом воздухе в 2500 раз. После «осушения» ИК-Фурье спектроскопия позволяла обнаружить в образцах метан, угарный газ, углекислый газ, ацетон, уксусный альдегид и изопрен. Спектральные линии ряда этих веществ, обычно замаскированные водой (она имеет очень широкий спектр, перекрывающий несколько других), благодаря конденсации водяного пара стали хорошо заметны. А испытания с образцами искусственного воздуха, состав которых известен заранее, показали, что от удаления воды количество летучих органических соединений в смеси газов не меняется.

Авторы разработки собираются усовершенствовать свой конденсатор и удалять с его помощью еще больше воды из воздуха. Для этого понадобится снизить рабочую температуру прибора с -60 до -90 градусов Цельсия.

Чердак: наука, технологии, будущее

Похожие новости

  • 28/02/2018

    Европейский Центр Синхротронных Исследований включил работу профессора Елены Болдыревой в число лучших по итогам 2017 года

    ​Профессор НГУ Елена Болдырева возглавила международную группу по исследованиям механохимического синтеза с использованием синхротронного излучения in situ в режиме реального времени – исследование отмечено как одно из лучших достижений Европейского Центра Синхротронных Исследований в Гренобле за 2017 год.
    1013
  • 13/03/2017

    Центр энергоэффективного катализа НГУ как воплощение идеи интеграции НГУ и ИК СО РАН

    Научно-образовательный центр энергоэффективного катализа (НОЦ ЭК), созданный Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирским государственным университетом при финансовой поддержке Фонда «Сколково», за три года функционирования показал выдающиеся результаты.
    1192
  • 10/10/2018

    Генетики расшифруют молекулярные основы болезней сердца

    ​Ученые из новосибирского Академгородка и Эдинбурга (Великобритания) планируют найти новые биомаркеры и мишени для лекарств при сердечно-сосудистых заболеваниях, а также разработать методы прогнозирования риска болезни.
    463
  • 10/03/2017

    Российские ученые разработали новое вещество против вируса гриппа на основе природных соединений

    ​Ученые из Новосибирского института органической химии имени Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и Научно-исследовательского института гриппа в Санкт-Петербурге разработали новый продукт широкого спектра противовирусной активности, в основе которого лежат природные соединения: терпены и терпеноиды.
    2347
  • 05/12/2018

    Молодые ученые АлтГУ разработали уникальный продуцент рекомбинантного фермента фитазы

    ​Рекомбинантную фитазу в настоящее время активно используют в животноводстве в качестве добавки к кормам животных для лучшего усвоения фосфора. Фосфор – это один из микроэлементов, влияющих на рост организма животных, построение их костной ткани, укрепление иммунитета.
    486
  • 05/10/2016

    Новосибирские учёные «вырастили» органические светоизлучающие полупроводники

    ​Группа учёных из Новосибирского государственного университета, Новосибирского института органической химии (НИОХ), МГУ и Университета Гронингена (Нидерланды) опубликовала результаты мультидисциплинарного исследования в сфере органической электроники.
    2020
  • 29/04/2019

    Команда российских ученых выдвинула гипотезу о существовании жизни на Венере

    Ученые из Института космических исследований РАН, Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН и НГУ выдвинули гипотезу о существовании жизни на Венере. К таким выводам исследователей привела новая обработка панорамных изображений поверхности Венеры, полученных советскими аппаратами «Венера-9», «Венера-10», «Венера-13» и «Венера-14» в 1975—1982 годах.
    322
  • 03/04/2017

    Ученые из НГУ совместно с коллегами из университета Эдинбурга получили грант Британского Совета

    ​Новосибирский государственный университет и университет Эдинбурга (UoE) получили совместный грант Британского Совета в рамках программы межинститутского сотрудничества России и Великобритании. Поддержанный проект направлен на расшифровку молекулярных основ сердечно-сосудистых заболеваний, одной из ведущих причин смертности как в России, так и Великобритании.
    1231
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    237
  • 31/10/2016

    В НГУ проходит российско-японская конференция по перспективным наноматериалам

    ​Новосибирский государственный университет совместно с Институтом химии твёрдого тела и механохимии СО РАН и Университетом Тохоку проводит с 30 октября по 2 ноября 2016 года российско-японскую конференцию «Advanced Materials: Synthesis, Processing and Properties of Nanostructures», посвящённую перспективным материалам и наноструктурам.
    2855