2D spatiotemporal visualization system of expired gaseous ethanol after oral administration for real-time illustrated analysis of alcohol metabolism

Wang, Xin; Ando, Eri; Takahashi, Daishi; Arakawa, Takahiro; Kudo, Hiroyuki; Saito, Hirokazu; Mitsubayashi, Kohji

doi:10.1016/j.talanta.2010.04.048

Cited by 19 publications

(9 citation statements)

References 31 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…29 The enzyme/PVA-SbQ mixture was coated onto the support, spread, cured and treated with ultraviolet irradiation. 28 Enzyme-immobilized supports were stored at 4 C before use. A comparison between the mesh supports and the H-PTFE supports was carried out and the effect of concentration of luminol was investigated in the range 1.0-15.0 mM under the experimental conditions: [Tris-HCl buffer solution]…”

Section: Evaluation Of the Spatial Visualization Systemmentioning

confidence: 99%

“…For this reason, the comparisons between the mesh supports and the H-PTFE membrane supports were performed by calibration plots in the previous study. 28 The average CL intensity, calibration range and sensitivity were compared. The peak of average CL intensities within the enzyme-immobilized area obtained from the mesh support was higher than the ones from the H-PTFE membrane support, which is mainly because the amount of HRP immobilized on the mesh support was more than that on the H-PTFE membrane support.…”

Section: Evaluation Of the Spatial Visualization Systemmentioning

confidence: 99%

“…27 In the previous study, we reported a visualization system of gaseous ethanol based on CL measurement employing an EM-CCD camera, and the system is applied in breath analysis. 28 However, the evaluation of the system is not yet performed sufficiently to ALDH2 related alcohol metabolism. So in this study, we fabricated and demonstrated a non-invasive spatial visualization system of exhaled ethanol for real-time analysis of alcohol metabolism.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Non-invasive spatial visualization system of exhaled ethanol for real-time analysis of ALDH2 related alcohol metabolism

Wang

Ando

Takahashi

et al. 2011

Analyst

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

A novel imaging system of ethanol in exhaled breath induced by acetaldehyde dehydrogenase (ALDH2)-related alcohol metabolism has been developed. The system provides an image of ethanol distribution as chemiluminescence (CL) on an enzyme-immobilized support. The spatiotemporal change of CL generated by ethanol in exhaled breath after oral administration of ethanol was detected by employing an electron multiplier CCD (EM-CCD) camera, illustrated and analyzed. Prior to measurement of standard gaseous ethanol and ethanol in exhaled breath, the system was optimized by investigating the enzyme-immobilized supports, concentration of substrate and pH condition of Tris-HCl buffer solution. The ethanol skin patch test, a simple method as an indicator of ALDH2, was performed on healthy volunteers. Breath samples of 5 volunteers with ALDH2 (+) and 5 volunteers with ALDH2 (-) were used for exhaled ethanol analysis. Concentration-time profiles of exhaled ethanol obtained from all volunteers were analyzed over a period of 120 min after oral administration of ethanol (0.4 g per kg body weight) in the form of beer which contains 5% of alcohol. The results obtained from the system showed that the peaks of exhaled ethanol concentrations appeared at 30 min, which was considered as a rapid ethanol absorption phase following first-order kinetics. Exhaled ethanol concentrations of volunteers with ALDH2 (+) were lower than volunteers with ALDH2 (-) and the digestion of ethanol in volunteers with ALDH2 (+) was faster than in volunteers with ALDH2 (-). The eliminations were analyzed to follow zero-order kinetics with a rate constant for each group.

show abstract

Section: Evaluation Of the Spatial Visualization Systemmentioning

confidence: 99%

Section: Evaluation Of the Spatial Visualization Systemmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Non-invasive spatial visualization system of exhaled ethanol for real-time analysis of ALDH2 related alcohol metabolism

Wang

Ando

Takahashi

et al. 2011

Analyst

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Many sensor technologies employing enzymatic reactions have been developed, such as bio‐sniffers (biochemical gas sensors) for gaseous chemicals ethanol, acetaldehyde (alcohol metabolism), trimethylamine (fish‐odor syndrome), methylmercaptan (halitosis), acetone (diabetes, lipid metabolism) . Authors also developed an imaging system of gaseous ethanol based on bio‐chemiluminescence and bio‐fluorescence measurement employing an EM‐CCD camera for imaging of body gaseous chemicals in breath air and transdermal human gas .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Cavitas Sensors: Contact Lens Type Sensors & Mouthguard Sensors

Mitsubayashi

Arakawa

2016

Electroanalysis

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

“Cavitas sensors” attached to body cavities such as the contact lens and mouthguard (“no implantable”, “no wearable”) are attracted attention as self‐detachable devices for daily medicine. Many types of contact lens (CL) sensors using electrical and optical methods have been developed for monitoring not only chemicals (glucose, lactate) and electrical conductivity in tear fluid, but also transcutaneous gases at eyelid mucosa. A CL intraocular pressure telemetric sensor has been also commercialized and applied to patients for monitoring the intraocular pressure. Some mouthguard sensors have been investigated for a real‐time measurement of salivary chemicals. A graphene based sensor on tooth enamel was reported to be capable of salivary bacterium detection. Here we review the challenges regarding the integration of biosensors into monitoring for biological information of body cavities. The self‐detachable cavitas sensors are expected to improve the quality of life in the near future.

show abstract

“…In another application, the data from a network of chemical sensors were fused with tracking data from video systems for the detection of hazardous material released from moving sources [27]. Recently, chemical methods were applied in combination with a chargecoupled device (CCD) camera for real time analysis of ethanol in expired air [28].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Ολοκληρωμένος Χημικός, Οπτικός Και Ακουστικός Έλεγχος Εσωτερικών Χώρων Για Πρόληψη Τεχνολογικού Ατυχήματος

Stavrakakis¹,

Σταυρακάκης²

View full text Add to dashboard Cite

Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη μίας μεθοδολογίας η οποία θα ενσωματώνει το PSS-MS και την τεχνολογία ανάλυσης ήχου και εικόνας προκειμένου να είναι εφικτή η ολοκληρωμένη παρακολούθηση τόσο σε μοριακό όσο και μακροσκοπικό επίπεδο, του φαινομένου της καύσης στο εργαστήριο σε ελεγχόμενες συνθήκες, που θα προσομοιάζουν με το πεδίο εσωτερικών χώρων. Στην παρούσα διατριβή εφαρμόζεται ο συνδυασμός της φασματομετρία μάζας, με την οπτική και ακουστική ανάλυση. Πιο συγκεκριμένα, ένα εμπορικό MS (Mass Spectrometer) που συνδυάστηκε με το παλμικό δειγματοληπτικό σύστημα PSS (Pulsed Sampling System) πρωτότυπης τεχνολογίας ΕΜΠ χρησιμοποιήθηκε μαζί με οπτικό και ακουστικό αισθητήρα, δηλαδή μία κάμερα CCD οπτικού φάσματος και ένα κατευθυντικό πυκνωτικό μικρόφωνο για την παρακολούθηση και ανάλυση του φαινομένου της καύσης στο εργαστήριο. Επίσης, η μεθοδολογία αυτή περιλαμβάνει τις τεχνικές εκείνες που επιτρέπουν την αποτελεσματική συλλογή δεδομένων από τα αισθητήρια όργανα και την επεξεργασία τους. Η επεξεργασία των σημάτων των αισθητήρων που αναπτύχθηκε στην εργασία αυτή, είχε σαν σκοπό την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων που αφορούν στην χρονική εξέλιξη του φαινομένου της καύσης αλλά και στην απόκτηση της κρίσιμης πληροφορίας, όπου με βάση αυτήν θα είναι εφικτός ο εντοπισμός και ο χαρακτηρισμός των μοναδικών χαρακτηριστικών των επεξεργασμένων σημάτων προκειμένου να ταυτοποιηθούν ιδιαίτερα στοιχεία της καύσης. Για την υλοποίηση των σκοπών της παρούσας διατριβής αναπτύχθηκε η κατάλληλη υποδομή και το κατάλληλο πειραματικό πρωτόκολλο για την πραγματοποίηση των πειραμάτων καύσης. Επιπλέον, τα τελικά πειράματα της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκαν σε δύο σειρές στο εργαστήριο καθώς και ένα πείραμα μεγάλης κλίμακας στο πεδίο. Στην πρώτη σειρά πειραμάτων αναπτύχθηκαν δύο σενάρια που προσομοίαζαν διαφορετικές συνθήκες πεδίου. Ειδικότερα, πραγματοποιήθηκε η απευθείας παρατήρηση της καύσης αλλά και η παρατήρηση με την παρεμβολή εμποδίων. Η παρεμβολή των εμποδίων επηρέαζε την μακροσκοπική παρατήρηση του φαινομένου. Ο σκοπός των πειραμάτων αυτών ήταν αφενός η διερεύνηση της δυνατότητας του PSSMS για την on-line παρακολούθηση των VOCs που εκλύονται κατά την διάρκεια των πειραμάτων καύσης και αφετέρου εάν η δυνατότητα κάθε τεχνολογίας να λειτουργήσει συμπληρωματικά ή επιβεβαιωτικά στις άλλες δύο, στην παρατήρηση του φαινομένου της καύσης. Στην επόμενη σειρά πειραμάτων μελετήθηκε η καύση τριών διαφορετικών υλικών. Τα υλικά αυτά ήταν το βαμβακερό ύφασμα, το λευκό χαρτί εκτύπωσης και το αποξηραμένο ξύλο δρυς. Η καύση σ’ αυτά τα πειράματα πραγματοποιήθηκε με κλίση 30ο και χωρίς παρεμβολή εμποδίων, έτσι ώστε να προσομοιωθεί η καύση στο πεδίο με διαφοροποιημένες από την προηγούμενη σειρά πειραμάτων συνθήκες. Στα πειράματα αυτά η επιδίωξη ήταν να βελτιστοποιηθούν οι αλγόριθμοι επεξεργασίας των χημικών, οπτικών και ακουστικών σημάτων, έτσι ώστε να διερευνηθεί πλέον η αξιοπιστία της προτεινόμενης μεθόδου για την παρακολούθηση του φαινομένου καύσης διαφορετικών υλικών και που παρουσιάζουν διαφορές στην καύση τους. Επιπλέον επιδιώχθηκε να διερευνηθεί και να ελεχθεί η αναλυτική ικανότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας με την χρήση τεχνικών μοντελοποίησης. Η βελτίωση των αλγορίθμων διευκόλυνε την εξαγωγή γνώσης που στα προηγούμενα πειράματα δεν ήταν εφικτή. Επιπλέον η διαδικασία μοντελοποίησης με τα βελτιωμένα επεξεργασμένα σήματα εντόπισε μοναδικά χαρακτηριστικά από την καύση του κάθε υλικού. Για τα ακουστικά και τα οπτικά σήματα η μοντελοποίηση έγινε στη χρονική ακολουθία, ενώ η επεξεργασία των ακουστικών σημάτων έλαβε χώρα στο xvi συχνοτικό φάσμα (frequency domain) έτσι ώστε να αναλυθούν στις αρμονικές τους και να αποκωδικοποιηθεί η χρήσιμη φέρουσα πληροφορία. Επιπρόσθετα, η διαδικασία της μοντελοποίησης αποτέλεσε ένα σημαντικό εργαλείου ελέγχου της αναλυτικής δυνατότητας της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Τα συμπεράσματα αυτής της διαδικασίας έδειξαν ότι με βάση τα επεξεργασμένα σήματα των αισθητήρων εντοπίσθηκαν και ταυτοποιήθηκαν μοναδικά χαρακτηριστικά της καύσης του κάθε υλικού. Πέραν των ανωτέρω, η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο με τις ελεγχόμενες και σε μικρή κλίμακα φωτιές μεταφέρθηκε στο ανοιχτό πεδίο. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε η οπτική, χημική και ακουστική παρατήρηση της καύσης δασικής ύλης μεγάλης κλίμακας στο ανοιχτό πεδίο. Η μεθοδολογία αυτή εφαρμόστηκε με διαφοροποίηση των αισθητηρίων οργάνων. Αυτό σημαίνει ότι η οπτική παρατήρηση πραγματοποιήθηκε με θερμογραφική κάμερα στο υπέρυθρο φάσμα αντί του οπτικού φάσματος που έγινε στο εργαστήριο με τον αισθητήρα CCD και η χημική ανάλυση βασίστηκε στα δεδομένα του αναλυτή καυσαερίων MRU Delta 1600V αντί του PSS-MS που έγινε στο εργαστήριο: παρά τις δυσκολίες, τελικά διαπιστώθηκε ότι και οι τρεις τεχνολογίες παρακολούθησαν το φαινόμενο με ακρίβεια και παρουσίασαν ευαισθησία στις μεταβολές του φαινομένου. Συμπερασματικά, η προτεινόμενη μεθοδολογία παρουσίασε την δυνατότητα να παρακολουθεί αποτελεσματικά το φαινόμενο της καύσης τόσο στο εργαστήριο αλλά και στο πεδίο. Η αναλυτική δυνατότητα της συνδυαστικής δράσης των τριών τεχνολογιών είχε ως αποτέλεσμα, μέσω της διαδικασίας της επεξεργασίας σημάτων και της μοντελοποίησης, τον εντοπισμό ιδιαίτερων και μοναδικών στοιχείων της καύσης του κάθε υλικού. Οι προοπτικές που ανοίγονται από τα συμπεράσματα της παρούσας εργασίας, μέσω της περαιτέρω διερεύνησης, αφορούν σε νέες εφαρμογές παρακολούθησης του πεδίου για την έγκαιρη ανίχνευση και ταυτοποίηση επικίνδυνων φαινομένων στο πεδίο.

show abstract

2D spatiotemporal visualization system of expired gaseous ethanol after oral administration for real-time illustrated analysis of alcohol metabolism

Cited by 19 publications

References 31 publications

Non-invasive spatial visualization system of exhaled ethanol for real-time analysis of ALDH2 related alcohol metabolism

Non-invasive spatial visualization system of exhaled ethanol for real-time analysis of ALDH2 related alcohol metabolism

Cavitas Sensors: Contact Lens Type Sensors & Mouthguard Sensors

Ολοκληρωμένος Χημικός, Οπτικός Και Ακουστικός Έλεγχος Εσωτερικών Χώρων Για Πρόληψη Τεχνολογικού Ατυχήματος

Contact Info

Product

Resources

About