Впервые создан носимый прибор, который быстро определяет содержание алкоголя в крови

Иллюстрация: Калифорнийский университет в Сан-Диего

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего сконструировали очень полезный прибор. Он пригодится многим мужчинам и женщинам, которые на выходные попали в трудную ситуацию и вынуждены отравлять организм алкогольсодержащими напитками. Прибор — это гибкий электронный сенсор и татуировка, которая точно измеряет уровень алкоголя в крови (по выделениям пота) и передаёт информацию на ноутбук, смартфон или другое мобильное устройство по Bluetooth.

По мнению изобретателей, такой сенсор могут использовать врачи или полицейские для непрерывного неинвазивного наблюдения за отдельными гражданами, которым запрещено употреблять алкоголь в больших количествах. В каком-нибудь тоталитарном обществе можно представить, что такие татуировки будут делать всем водителям при получении прав, а автомобиль просто откажется заводиться, если уровень алкоголя в крови человека выше разрешённого значения.


Фото: Калифорнийский университет в Сан-Диего

Устройство состоит из 1) временной татуировки, которая «приклеивается» к коже, стимулирует потоотделение и определяет содержание алкоголя электрохимическим способом; 2) электронной платы, которая прикреплена магнитом к татуировке и может передавать информацию по Bluetooth.

Авторы изобретения — профессор наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Джозеф Ванг (Joseph Wang) и профессор электротехники Патрик Мерсье (Patrick Mercier).

«Большое количество дорожно-транспортных происшествий происходит из-за вождения в нетрезвом виде. Эта технология предоставляет точный, удобный и быстрый способ отслеживания количества употреблённого алкоголя, чтобы предотвратить вождение автомобиля под воздействием этого вещества», — говорит профессор Ванг. Он предполагает, что систему автомобильного зажигания можно интегрировать по Bluetooth с разработанным сенсором. Если для всех автомобилей внедрить такую систему пока нереально, но её вполне можно ставить по судебному распоряжению на автомобилях водителей, уличённых когда-либо в вождении в нетрезвом виде. Возможно, это поможет спасти человеческие жизни.

Кроме автомобильного применения, такой прибор просто полезен для самоконтроля, поскольку наглядно показывает количество употреблённого алкоголя. Смартфон может подать вибро- или звуковой сигнал при достижении заданного уровня. Система будет полезна для удалённого контроля поведения мужа/жены или её можно использовать для разнообразных алкогольных игр и онлайновых соревнований.

Обычно содержание алкоголя в крови измеряют с помощью алкотестера по содержанию этанола в парах выдыхаемого воздуха, но это не очень точный тест, который может давать ложные срабатывания. Например, измерение непосредственно после приёма алкогольного напитка показывает завышенный уровень по сравнению с реальным содержанием алкоголя в крови. Кроме того, такой алкотестер можно легко обмануть, если сполоснуть рот перед проверкой или использовать освежитель дыхания.

В предыдущие годы предпринимались попытки разработать носимые сенсоры, которые надёжно измеряют уровень алкоголя в крови, но эти устройства (SCRAM и Giner WrisTAS) имели существенный недостаток: слишком длительное время проверки, по сравнению со стандартными алкотестерами (от получаса до двух часов) [1] [2]. Компактное устройство, которое осуществляет мониторинг в реальном времени, стало бы крайне востребованным, что и сподвигло авторов этого изобретения на проведения изысканий.

Разработанный прибор содержит временную татуировку, через которую в кожу вводится пилокарпин для стимуляции потоотделения, а затем определяется содержание алкоголя методом ионофореза и амперометрии. Пот вступает в контакт с электродом, покрытым ферментом алкоголь-оксидаза, который избирательно реагирует на этанол с образованием перекиси водорода, которая определяется электрохимическим методом.


Иллюстрация: Калифорнийский университет в Сан-Диего

Разработанный биосенсор демонстрирует исключительно избирательное и точное реагирование на этанол. Информация поступает на электронную плату в виде электрических импульсов. Затем данные передаются на мобильное устройство с помощью беспроводного передатчика.


Фото: Калифорнийский университет в Сан-Диего

«Что ещё новое в нашем методе, так это то, что пользователю не требуется делать физические упражнения или потеть. Человек устанавливает прибор, и через несколько минут [примерно через 15 минут] получает показания, которые хорошо коррелируют с содержанием алкоголя в его крови. До настоящего времени подобных приборов не существовало», — говорит профессор Мерсье.

Устройство испытали на 9 добровольцах, принявших разное количество алкоголя — во всех случаях показания были относительно точными. Прибор отлично работает независимо от движения носителя.

Теперь исследователи поставили задачу усовершенствовать устройство, чтобы оно могло работать и измерять содержание алкоголя в крови непрерывно в течение 24 часов.


Фото: Калифорнийский университет в Сан-Диего

Содержание алкоголя в крови — очень важная информация, потому что от этой концентрации напрямую зависят поведение человека и его жизнь. Содержание алкоголя измеряется в промилле (‰, тысячных долях объёма). Например, концентрация 1,0‰ (промилле) означает, что в литре крови содержится 1 миллилитр чистого этанола и 999 миллилитров, собственно, крови.

Последствия алкогольного отравления различной степени тяжести показаны в таблице.

Эффекты различного уровня алкоголя в крови
Уровень алкоголя в крови (содержание, ‰)	Поведение	Нарушения
0.2-0.29	В среднем поведение нормальное	Скрытые проявления, которые могут быть обнаружены специальными тестами
0.30-0.59	Средневыраженная эйфория Расслабление Ощущение радости Говорливость Понижение сдержанности	Концентрация
0.6-0.9	Притупление ощущения Расторможенность Экстравертность	Рассуждение Глубина восприятия Периферическое зрение Приспособление зрачка к свету
1.0-1.9	Сверх-экспрессивность Переменчивость эмоций Гнев или печаль Неистовость Снижение либидо	Рефлексы Время реакции Основные моторные навыки Способность к контролю движения (появляется шатающаяся походка) Нечленораздельная речь Эрекция (у мужчин, временно) Вероятность временного алкогольного отравления
2.0-2.9	Ступор Потеря способности к пониманию Ослабление способностей к ощущению Вероятность потери сознания	Тяжелое нарушение моторики Потеря сознания Потеря памяти
3.0-3.9	Сильное угнетение функций центральной нервной системы Потеря сознания Возможность смерти	Контроль над мочеиспусканием Дыхание Чувство равновесия (полная утрата) Сердцебиение
4.0-5.0	Полная утрата контроля за поведением Потеря сознания Вероятность смерти	Дыхание Сердцебиение Контроль над движением зрачков (Нистагм)
>5.0	Высокий риск отравления Возможность смерти

Научная работа «Неинвазивное отслеживание алкоголя с использованием носимой системы на основе татуировки с беосенсором на ионофорезе» опубликована 12 июля 2016 года в журнале ACS Sensors (doi: 10.1021/acssensors.6b00356).

---

[1] Swift, R. M.; Martin, C. S.; Swette, L.; Laconti, A.; Kackley, N. Studies on a wearable, electronic, transdermal alcohol sensor. Alcohol. Clin. Exp. Res. 1992, 16, 721-725. Вернуться к статье

[2] Leffingwell, T. R.; Cooney, N. J.; Murphy, J. G.; Luczak, S.; Rosen, G.; Dougherty, D. M.; Barnett, N. P. Continuous objective monitoring of alcohol use: twenty?first century measurement using transdermal sensors. Alcohol. Clin. Exp. Res.2013. 37, 16-22. Вернуться к статье