SHB: Type I (EXP): Personalized Asthma Monitor Detecting Nitric Oxide in Breath

SHB:I 型 (EXP):检测呼吸中一氧化氮的个性化哮喘监测仪

基本信息

  • 批准号:
    1231761
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 59.98万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-01 至 2016-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project explores the use of a gas selective resistive type sensing technology to detect and quantitate nitric oxide (NO) in exhaled breath for diagnostic purposes. The goal of the project is to develop a technique for personalized monitoring of the fraction of nitric oxide (FeNO) in exhaled breath, with the long term objective of prevention or control of airway diseases, such as asthma. FeNO is a known biomarker for measuring airway inflammation and the technology studied in this project provides an effective and practical means to quantitate NO levels in breath in a relatively simple and noninvasive way. This work involves the use of single crystal metal oxide nanowires that are expected to improve the detection threshold of NO-selective sensing nanoprobes by at least two orders of magnitude down to the few ppb level and below. A sensor microsystem is being developed that quantifies the gas sensor response to generate and display an accurate measure of the NO concentration in a single exhaled breath. The design of independent component analysis (ICA) algorithms, to enhance the gas discrimination and improve the robustness of the sensor response, is one of the objectives of this project. The implementation of the ICA algorithms and readout circuitry incorporating baseline tracking in mixed-signal VLSI will lead to a low-power autonomous system-on-chip solution for the measurement of gas concentrations from a handheld gas-measuring unit. The head space from cell cultures that have been stimulated to generate NO and CO are being used, along with breath-simulating samples, to assess the performance and reliability of the NO-breathalyzer. The same studies help to understand the biochemistry of NO production in response to inflammation. The expected outcome of this work is a smart health breath analysis tool that will empower the individual who may be susceptible to airway diseases to stay healthy and that provides a means for self-monitoring of early signs of illness in the home, instead of the hospital setting in which monitoring would require the assistance of health care professionals. The new tools being developed for personalized diagnostics should be easily employed by the lay public to promote their health and well-being. Furthermore, the device will be especially suitable for use by a wide range of compromised individuals, such as the very elderly, young children and otherwise incapacitated patients. This project will engage students, including underrepresented groups in research activities in an interdisciplinary field spanning nanomaterials, sensor nanotechnology, microelectronic device fabrication and diagnostic instrumentation, biophysics and biochemistry, and ultimately nanomedicine. Interactions with National Laboratories and the medical diagnostics industry are anticipated. These interactions are expected to lead to the translation of the technology embodied in the NO-breathalyzer resulting from this work in the laboratory to the marketplace. The results of this work will be disseminated through publications, presentations, outreach events and multimedia products to be posted on the project web site (https://web.stonybrook.edu/cnsd/formservertemplates/pro7.html).
本项目探讨使用气体选择性电阻型传感技术检测和定量呼出气中的一氧化氮(NO)用于诊断目的。该项目的目标是开发一种用于呼出气中一氧化氮(FeNO)分数的个性化监测技术,其长期目标是预防或控制气道疾病,如哮喘。FeNO是一种已知的测量气道炎症的生物标志物,本项目研究的技术提供了一种有效和实用的方法,以相对简单和无创的方式定量呼吸中的NO水平。这项工作涉及使用单晶金属氧化物纳米线,预计将提高NO选择性传感纳米探针的检测阈值至少两个数量级下降到几个ppb的水平和以下。正在开发一种传感器微系统,可量化气体传感器响应,以生成并显示单次呼出气中NO浓度的准确测量值。设计独立成分分析(伊卡)算法,以增强气体的区分和提高传感器响应的鲁棒性,是本项目的目标之一。伊卡算法和读出电路的实施,将基线跟踪在混合信号VLSI将导致一个低功耗的自主系统芯片解决方案,从手持气体测量单元的气体浓度测量。来自已被刺激产生NO和CO的细胞培养物的顶部空间与呼吸模拟样品一起沿着被用于评估NO-呼吸测醉器的性能和可靠性。同样的研究有助于了解NO产生的生物化学反应炎症。这项工作的预期成果是一个智能健康呼吸分析工具,它将使可能易患气道疾病的人保持健康,并提供一种在家中自我监测疾病早期迹象的方法,而不是在医院环境中进行监测,需要医疗保健专业人员的帮助。正在开发的个性化诊断新工具应易于普通公众使用,以促进他们的健康和福祉。 此外,该装置将特别适合于由广泛的受损个体使用,例如非常年长的人、年幼的儿童和其他丧失能力的患者。该项目将吸引学生,包括代表性不足的群体参与跨学科领域的研究活动,包括纳米材料,传感器纳米技术,微电子器件制造和诊断仪器,生物物理学和生物化学,以及最终的纳米医学。预计将与国家实验室和医疗诊断行业进行互动。预计这些相互作用将导致NO-呼气测醉器中体现的技术从实验室中的这项工作转化为市场。这项工作的成果将通过出版物、介绍、外联活动和多媒体产品在项目网站(https://web.stonybrook.edu/cnsd/formservertemplates/pro7.html)上公布。

项目成果

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