Development of a novel device to assess interventions to reduce pollution exposure in infants

Respiratory diseases are among the top causes of death worldwide according to the WHO, contributing significantly to global mortality rates. Exposure to pollution has been proven to bring negative health outcomes, affecting primarily, but not exclusively, the respiratory system. Infants are the most vulnerable subjects exposed to air pollution, due to their immature immune system, underdeveloped respiratory system, and higher minute ventilation. Devices and strategies aimed at reducing infants’ exposure to pollutants are becoming more popular, but there is a lack of tools that can be used to evaluate the effectiveness of such means, since scientific literature reports mainly on devices thought just for air pollution monitoring. This thesis focuses on the development of a system for the assessment of interventions for the reduction of pollution exposure in infants. Such a system consists of two devices equipped with sensors for the detection of particulate matter, volatile organic compounds, and carbon dioxide, as well as a unit capable of reproducing the breathing pattern and the head’s anatomy of an infant. Recorded data is stored in a data logger and sent to a custom mobile application for real-time data visualization. Additionally, the developed system has been used in a study aimed at analyzing pollution sources within a neonatal intensive care unit and assessing the performance of the installed HVAC system. Finally, the system was also employed in research examining infants' exposure to pollution while in strollers and exploring the possibility of using stroller canopies to shield infants from air pollutants.

Secondo l’OMS le malattie respiratorie sono fra le prime cause di morte al mondo e contribuiscono significativamente ai tassi di mortalità globali. È stato dimostrato che l’esposizione all’inquinamento dell’aria porta a effetti negativi sulla salute, colpendo principalmente, ma non esclusivamente, il sistema respiratorio. Tra i soggetti esposti all’inquinamento aereo, i neonati sono i più vulnerabili a causa del sistema immunitario immaturo, del sistema respiratorio sottosviluppato e della maggior frequenza respiratoria. Mentre diventano sempre più popolari dispositivi e strategie mirate a ridurre l’esposizione dei neonati agli inquinanti aerei, vi è carenza di strumenti che possano essere utilizzati per valutare l’efficacia di tali metodi, in quanto la letteratura scientifica tratta principalmente di dispositivi pensati per il solo monitoraggio dell’inquinamento. Questo progetto di tesi si focalizza sullo sviluppo di un sistema per la valutazione di interventi mirati a ridurre l’esposizione dei neonati all’inquinamento dell’aria. Tale sistema è costituito da due dispositivi equipaggiati con sensori per la rilevazione di particolato atmosferico, composti volatili organici e anidride carbonica, e da un’unità in grado di riprodurre il pattern respiratorio e l’anatomia della testa di un neonato. I risultati delle misure vengono registrati in un’unità di memorizzazione dati e mandati a una applicazione per smartphone sviluppata appositamente per consentirne la visualizzazione in tempo reale. Inoltre, il sistema è stato utilizzato durante uno studio finalizzato ad analizzare le sorgenti di inquinamento in una terapia intensiva neonatale e a valutare le prestazioni del sistema HVAC installato nel reparto. Infine, il sistema è stato impiegato in una ricerca che ha esaminato l’esposizione dei neonati agli inquinanti aerei mentre si trovano nel passeggino, e che ha valutato la possibilità di usarne la capottina per schermare i neonati dagli inquinanti nell’aria.