por Sarah Small, Universidad Estatal de Pensilvania
En Estados Unidos, uno de cada cinco de los 37 millones de adultos que padecen diabetes no lo sabe. Los métodos actuales para diagnosticar la diabetes y la prediabetes suelen requerir una visita al médico o análisis de laboratorio, ambos procedimientos costosos y que requieren mucho tiempo. Ahora, diagnosticar la diabetes y la prediabetes puede ser tan sencillo como respirar.
Un equipo de investigación dirigido por Huanyu «Larry» Cheng, Profesor Asociado James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en Penn State, ha desarrollado un sensor que puede ayudar a diagnosticar diabetes y prediabetes in situ en pocos minutos, utilizando tan solo una muestra de aliento. Sus resultados se publicaron en la revista Chemical Engineering Journal .
Los métodos de diagnóstico anteriores solían utilizar la glucosa presente en la sangre o el sudor, pero este sensor detecta los niveles de acetona en el aliento. Si bien el aliento de todos contiene acetona como subproducto de la quema de grasa, los niveles de acetona superiores a un umbral de aproximadamente 1,8 partes por millón indican diabetes.
«Si bien contamos con sensores que pueden detectar la glucosa en el sudor, estos requieren que induzcamos la sudoración mediante ejercicio, sustancias químicas o una sauna, lo cual no siempre es práctico ni conveniente», explicó Cheng. «Este sensor solo requiere exhalar en una bolsa, sumergir el sensor y esperar unos minutos para obtener los resultados».
Cheng afirmó que existían otros sensores de análisis del aliento, pero detectaron biomarcadores que requerían análisis de laboratorio. La acetona se puede detectar y leer in situ, lo que hace que los nuevos sensores sean rentables y prácticos.
Además de usar acetona como biomarcador, Cheng afirmó que otra novedad del sensor radica en el diseño y los materiales, principalmente grafeno inducido por láser . Para crear este material, se utiliza un láser de CO₂ para quemar los materiales que contienen carbono, como la película de poliimida de este trabajo, y así crear grafeno poroso con patrones y grandes defectos, ideal para la detección.
«Esto es similar a tostar pan hasta convertirlo en negro de carbono si se tuesta demasiado tiempo», dijo Cheng. «Al ajustar los parámetros del láser, como la potencia y la velocidad, podemos tostar poliimida en grafeno poroso de pocas capas».
Los investigadores utilizaron grafeno inducido por láser debido a su alta porosidad, lo que significa que permite el paso del gas. Esta cualidad aumenta la probabilidad de capturar la molécula de gas, ya que la exhalación contiene una concentración relativamente alta de humedad. Sin embargo, por sí solo, el grafeno inducido por láser no fue lo suficientemente selectivo respecto a la acetona frente a otros gases, por lo que fue necesario combinarlo con óxido de zinc.
«Se formó una unión entre estos dos materiales que permitió una mayor detección selectiva de la acetona en comparación con otras moléculas», dijo Cheng.
Cheng explicó que otro desafío era que la superficie del sensor también podía absorber moléculas de agua y, dado que el aliento es húmedo, estas moléculas podrían competir con la molécula de acetona objetivo. Para solucionar esto, los investigadores introdujeron una membrana selectiva, o capa de barrera contra la humedad, que podía bloquear el agua pero permitir que la acetona la permeara.
Cheng explicó que, actualmente, el método requiere que la persona respire directamente en una bolsa para evitar la interferencia de factores como el flujo de aire ambiental. El siguiente paso es mejorar el sensor para que pueda usarse directamente debajo de la nariz o adherido al interior de una mascarilla, ya que el gas puede detectarse en la condensación del aire exhalado. Añadió que también planea investigar cómo un sensor de aliento que detecte acetona podría utilizarse para optimizar las iniciativas de salud para las personas.
«Si pudiéramos comprender mejor cómo cambian los niveles de acetona en el aliento con la dieta y el ejercicio, de la misma manera que vemos fluctuaciones en los niveles de glucosa dependiendo de cuándo y qué come una persona, sería una oportunidad muy emocionante para utilizar esto para aplicaciones de salud más allá del diagnóstico de diabetes «, dijo Cheng.
Más información: Li Yang et al., Nanocompuestos de ZnO/LIG para detectar acetona gaseosa a temperatura ambiente con alta sensibilidad y bajo límite de detección, Chemical Engineering Journal (2025). DOI: 10.1016/j.cej.2025.164857
