在美国，约有3700万成年人患有糖尿病，其中约五分之一的人甚至不知道自己患病。传统糖尿病及糖尿病前期的检测通常需要去医院或实验室，既费时又昂贵。然而，现在通过呼吸就有可能完成快速检测。
宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系詹姆斯·L·亨德森纪念副教授程焕宇（Huanyu "Larry" Cheng）领导的研究团队，开发出一种新型传感器，只需几分钟和一口呼气，就可以现场诊断糖尿病及糖尿病前期。相关研究成果已发表于《Chemical Engineering Journal》。
与以往依赖血液或汗液中葡萄糖的检测方法不同，这种传感器通过检测呼气中的丙酮水平进行诊断。程焕宇解释道：“每个人的呼吸中都会含有丙酮，这是脂肪燃烧的副产物。当丙酮水平超过约1.8百万分之一时，就可能提示糖尿病。”
他进一步指出，虽然现有的汗液葡萄糖传感器也能工作，但通常需要通过运动、化学物质或桑拿来诱导出汗，操作不便。而新传感器仅需呼气到一个袋子里，将传感器浸入即可，几分钟便可得到结果。
这一传感器的另一创新之处在于材料与设计——主要是激光诱导石墨烯（laser-induced graphene, LIG）。通过CO₂激光烧蚀含碳材料（如聚酰亚胺膜），可以形成多孔、带缺陷的石墨烯结构，有利于气体检测。程焕宇形象地比喻：“这就像烤面包，如果烤得太久就变成碳黑。通过调节激光功率和速度，我们可以将聚酰亚胺‘烤’成多层、多孔的石墨烯。”
由于呼气中湿度较高，单靠石墨烯难以精确选择丙酮。为此，团队将其与氧化锌结合，形成结点，提高丙酮的选择性。同时，为防止湿气干扰，研究团队在传感器表面增加了选择性膜层，只允许丙酮通过，阻挡水分子。
目前，该方法需要将呼气直接吐入袋中，以避免环境气流干扰。下一步，团队计划将传感器改进为可直接置于鼻下或口罩内部，通过呼气冷凝检测丙酮。同时，程焕宇也希望探索呼气丙酮传感器在个体健康管理中的潜力：“如果能像监测血糖一样，了解饮食和运动对呼气丙酮的影响，这将为糖尿病以外的健康应用带来非常有趣的机会。”
参考文献：Li Yang et al, ZnO/LIG nanocomposites to detect acetone gas at room temperature with high sensitivity and low detection limit, Chemical Engineering Journal (2025). DOI: 10.1016/j.cej.2025.164857
编辑：王洪
排版：李丽
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